Способ получения мочевины

 

COIO3 СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

O9) (11) 126 02

4.(51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДЕЛА ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К flATEHTY (21) 2539550/23-04 (22) 03, 11. 77 (31) 7612162 (32) 03. 11. 76 (33) Нидерланды (46) 30.04.85.Бюл. Ф 16 (72) Андреас Йоханнес .Бирмане и Кес

Йонкерс (Нидерланды) (71) Уни Ван Кунстместфабрикен Б.В.. (Нидерланды} (53) 547 495.2.07(088.8) (56) 1. Urea Suppcement "European

Chem. News", Ф 1, р. 17/20, 1969.

2. Патент Германии У 669314, кл. 13 у 31/20, 126/02, опублик.

1938.

3.. Патент Нидерландов Р 6706135, .кл. С 07 С 126/02, опублик. 1975 (прототип). (54}(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫ путем взаимодействия аммиака и двуо окиси углерода при 180-190 С и давлении 130-140 кг/см,.обработки в первой зоне разложения полученной реакционной смеси газообразной двуокисью углерода, подаваемой противотоком, при температуре 140 — 215 С и давлео нии, равном давлению синтеза, с получением при этом газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяноro пара, которую рециклизуют на стадию синтеза, и последующей обработки оставшейся реакционной смеси во второй зоне разложения при давлении

2,5-5 кг/см с образованием газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяного пара и раствора мочевины, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат, газообразную смесь, полученную во второй зоне разложения, обрабатывают в разделительной колонне при давлении 2,5 кг/см, температуре в нижней части 106 С и в верхней части 40 С водой, вводимой вдоль колон- о ны, до получения водного раствора ам- Я миака н двуокиси углерода, содержащего 90Х воды, и газового потока двуокиси углерода с последующей десорбцией аммиака и двуокиси углерода иэ водного раствора острым паром при давлении 2,5 кг/см с получением водного потока не содержащего газов, и вторичного газового потока, содержащего аммиак, остаточное количество двуокиси углерода и водяной пар, и последующей обработкой вторичного газового потока при давлении 2, 5 кг/см. водой для получения газового потока, содержащего аммиак.

1153825

Изобретение относится к способам получения мочевины.

Известен способ получения мочевины путем взаимодействия NH > и СО2 при повышенной температуре и давлении с образованием в зоне синтеза мочевины в виде раствора:, обработки этого раствора мочевины в первой зоне разложения, на которой поддерживают повышенную температуру, где 10 газообразная смесь NH>, СО и Н О отделяется от раствора, обработки оставшегося раствора мочевины, содержащего остаточные NH>, СО2 и карбамат во второй зоне разложения, на 15 которой поддерживают повышенные температуру и давление, которое ниже давления в первой зоне и где карбамат аммония разлагается и отделяется

Газовая смесь NH7, СО2 и Н20 и полу- 26 чается в качестве продукта раствор мочевины, почти свободный от карбамата (1) .

Недостаток возврата не превращенных NH1 и СО в виде раствора состоит 25 в том, что вода вредно влияет на конверсию карбамата в мочевину, так что должно быть .больше разложено .карбамата и необходимо больше израсходовать пара для теплоты конверсии. ЗО

Известен также способ, согласно которому разделяют NH> и СО в выпускаемых газовых смесях селективной абсорб цией СО, например раствором моноэтаноламина 2) .

Недостаток этого способа заключа" ется в том, что поглощенная СО должна снова удаляться из поглощающего агента нагреванием.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения мачевины путем взаимодействия аммиака и двуокиси углерода при 180-190 С и давлении 130-140 кг/ ,/см, обработки в первой заие разложения получаемой реакционной массы газообразной двуокисью углерода, подаваемой противотоком при 140215 С и давлении, равном давлению синтеза с получением газообразной смеси аммиака„ двуокиси углерода и водяного пара, которую рециклизуют на стадию синтеза, и последующей обработки оставляется реакционной смеси во второй зоне разложения н дав" ленин 2,5-5 кг/см.

Поглощение газообразной смеси

NHg и СО2 выделенной при этом водой или водным раствором и удаление свободного из этого раствора при атмосферном давлении дистилляцией осуществляется с последующим отделением

С02 в отделительной колонне при давлении 5 — 20 атмосфер, хотя при таких способах NH и СО2получают по отдельности, так что они могут рециркулироваться без воды и с помощью компрессоров (3) .

Недостатком известного способа являются большие энергетические затраты, поскольку необходимо сперва подвергнуть расширению газовую смесь до атмосферного давления, и после отгонки NH >, остающийся раствор довести до давления 5 — 20 атмосфер. Еели раствор, оставшийся после удаления

СО2, применяется снова для поглощения свежей газовой смеси, то он должен опять подвергаться: расширению до атмосферного давления. Кроме того, NH> выделяется при атмосферном давлении и возврат его на синтез мочевины требует дальнейшей затраты энергии.

Цель изобретения — снижение энергетических затрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения мочевины путем взаимодействия аммиака и двуокиси углерода при 180-190 С и давлении 130-140 кг/см, обработки по2 лученной реакционной массы в первой зоне разложения газообразной двуокисью углерода, подаваемой противотаком при 140-215 С и давлении, равном давлению. синтеза, с п при этом газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяного пара, кбторую рециклизуют на стадии синтеза, и последующей обработки оставшейся реакционной смеси во второй зоне разложения при давлении 2,5-5 кг/см" .с образованием газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяного пара и раствора мочевины, газообразную смесь, полученную во второй зоне разложения, обрабатывают в разделительной колонне при давлении 2,5 кг/см температуz. ре в нижней части 106 С и в верхней о части 40 С водой, вводимой. вдоль колонны, до получения водного раствора аммиака и двуокиси углерода, содержащего 90Х воды, и газового потока двуокиси углерода с последующей десорбцией аМмиака и двуокиси углерода из водного раствора острым парам при давлении 2,5 кг/см - с получением вод2.1153825

4 ного потока, не содержащего газов, и вторичного газового потока, содержащего аммиак, остаточное количество двуокиси углерода и водяной пар, и последующей обработкой вторичного газового потока при давлении 2,5 кг/см водой для получения газового потока, содержащего аммиак. . Способ позволяет проводить разложение карбамата и рециркуляцию NH и .10

СО без ненужной затраты энергии с экономией капиталовложений и включает комбинацию ступеней обработки смеси

NH1, СО и Н О, полученной путем разложения карбамата аммония, которой СО и NH разделяются и которая в частности включает отделение СО в указанных условиях.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа. 20

В зоне синтеза мочевины 1 образуется раствор мочевины под давлением 130-140 кг/см при 180- 190 С.

Зто раствор подается по линии 2 s отпарочную колонну 3, которая работает под давлением синтеза и .противоточно соединена (при подводе тепла) со свежей СО, подаваемой по линии 4.

Газовая смесь состояния из ИН СО и Н О, выделяемая в отпарной колонне,з0 идет по линии 5 в конденсатор 6, который работает предпочтительнее.при давлении синтеза и в который подается количество раствора, образовавшегося в нижней части реактора 1 по З5 трубопроводам 7 и 8 с помощью эжектора 9 для повышения температуры конденсации, так что теплота конденсации выделяется при возможно высокой температуре. С помощью этой теп- 40 лоты получается пар с давлением

1-6 кг/см, который может применятьг ся где-либо в процессе. Эжектор работает с помощью NH>, который подается насосом 10 из резервуара 11. 45

Свежий ИНу подается по линии 12. В . конденсаторе 6 происходит полная или частичная конденсаций и абсорбция газовой смеси, подаваемой по линии 5.

Образовавшийся таким образом раствор50 карбамата и остальная часть (если . имеется) газовой смеси направляются в реактор мочевины 1 по линии 13 наряду с раствором карбамата, образовавшимся при конденсации ИН >, СО 55 и Н О из газовой смеси, выходящей по линии 14 из. верха реактора мочевины

1, и которая содержит инертные компоненты, поступающие из свежих СО, NH и, возможно, воздух или кислород прйменяемый для пассивации оборудования и трубопроводов. Эта конденсация происходит в конденсаторе продувочного газа 15, который присоединен к трубопроводу 13 или к нижней части реактора мочевины 1 трубопроводом 16.

Газовая смесь, несконденсировавшаяся в продувочном конденсаторе, мржет направляться по трубопроводу 17 в абсорбер (не показан), работающий при низком давлении, для извлечения еще присутствующего ИН . Однако возможна также подача раствора, получен. ного в конденсаторе продувочного газа, в конденсатор 6 через эжектор 9.

Отогнанный раствор мочевины из отпарочной колонны после расширения до-давления 2-5 кг/см в редукционном клапане 18 поступает по линии 19 в аппарат для разложения карбамата 20, в котором присутствующий еще карбамат практически полностью разлагается нагреванием. Газовая смесь, выходящая из зоны нагрева аппарата 20 вместе с раствором мочевины-, отделяется от раствора в отделителе 21 и затем поступает в установку для разделения

NH, C0 и Н О. Водный раствор мочевины, полученной в отделителе 21 аппарата 20, расширяется в экспандере

22 до атмосферного давления, где выделяется еще некоторое количество растворенного NHq и водяного пара, впускаемых по линии 23. По трубопроводу 24 водный раствор мочевины идет в секцию 25, в которой он известным уже способом концентрируется выпариванием или кристаллизуется или может перерабатываться другим известным образом. Конечный продукт выходит через выход, 26.

Газовая смесь, отделенная от раст-. вора мочевины в отделителе 21, направляется по трубопроводу 27 в установку для Разделения NH>, СО и Н О, которая в основном состоит из колонны 28 для отделения СО, .десорбционной колонны 29 и колонны 30 для отделения NH>. Зти колонны практически работают при одинаковом давлении 1

25 кг/см абс. Получается особое преЯ имущество если система отделения раЭ г ,ботает под давлением 1 — 6 кг/см абс., I так как в атом случае раствор, подаваемый в десорбционную колонну 29, может отгоняться паром„ образовавшим3 1153825 6 ся в конденсаторе 6. Наиболее целесообразна работа системы отделения при том же давлении, как в аппарате для разложения карбамата 20 и в отделителе 21. В нижней части колонны 28 5 газовая смесь соприкасается с таким количеством воды, что NHq u HzO почти полностью поглощаются или конденсируются и СО, содержащая лишь очень мало ИН и Н О, поднимается в верхнюю часть колонны. Для этого вода нли водный раствор, т.е. конденсат процесса, из секции 25 подается по линии 31; далее, водные растворы из последующих стадий отделения рецирку" 15 лируются по линиям 32 и 33. В верхней части колонны 28 поднимающаяся газовая смесь промывается водой, подаваемой по линии 34 для удаления малых количество еще присутствующего NHy, Ю

Эта вода с поглощенным NH>. входит также в нижнюю часть колонны. Общее весовое количество воды, подаваемое в нижнюю часть колонны 28 по линиям

31 — 34 таково, что раствор, выходя- 25 щий из низа колонны, содержит 65-69 по весу воды, т.е. в 5-20 раз больше веса газовой смеси, подаваемой по линии 27. Как правило, оптимум содержания воды составляет 80-95 вес.7., ЗО и поэтому весовое количество добавляемой воды предпочтительно в 8-15 раз больше веса газовой смеси. При такой работе колонны удаление СО> и

NH .из газовой смеси, отделенной в ,сепараторе 21, осуществляется при очень низком общем потреблении энергии в секции разделения. Температура в нижней части колонны от 70 i90 С, в верхней части колонны темпе- 4о ратура поддерживается 30 — 70 С. о

Из верхней части колонны 28 сбрасывается по линии 35 СО, содержащая лишь несколько процентов воды и самое большее следы NHi. Этот газ сбра- сывается. Нижний продукт колонны 28 практически содержит весь NHy, присутствовавший в газовой смеси, подаваемой по линии 27, неотделенную СО и воду. Этот раствор по линки 36 направляется в десорбционную колонну 29, в которой почти весь NH> и

СО< десорбируется с помощью, например,острого пара, подаваемого по линии 37. Нижним продуктом десорбцион- 55 ной колонны 29 является вода, которая теперь содержит такие количества NH и СО, которые лежат ниже пределов, допустимых для сброса в окружающую среду по существующим правилам, и сбрасывается по линии

38, к которой присоединена линия 32 колонны 28 для отделения СО . Часть нижнего продукта может быть направлена по линии 34 в колонну 28 в качестве промывочной воды, оставшаяся часть сбрасывается по линии 39 или частично возвращается в секцию 25. !

Головной продукт десорбционной колонны 29, имеющий температуру .105-175 С и кроме СОд и воды содержащий практически весь NH>, отделенный в сепараторе 21, а также количество циркулирующего МНу, направляется в колонну 30 для отделения NH> по линии 40, через холодильник 41 и линию 42 и в этой колонне с помощью воды, подаваемой по линии 43, и жидкого аммиака, подаваемого по линии 44, СО и вода удаляются. Полученный таким образом практически чистый продукт по линии 45 направля— ется в охлаждающую установку 46, в которой конденсируется. Затеи жидкий

ИНу идет по линии 47 в складочный резервуар для NH . Нижний раствор образующийся в колонне для отделения NH> и состоящий нз СО и воды по линии 33 рециркулируется в колонну 28 для отделения СО .

В описанном процессе вода не возвращается в синтез мочевины из стадии низкого давления, т.е. части процесса после редукционного клапана !8, В результате этого достигается значительно более высокая степень конверсии в реакторе мочевины, так что получается раствор, содержащий меньше карбамата. Так как надо меньше разлагать карбамата B отпарочной колонне и отгонка в ней лучше в виду низкого содержания воды в растворе, то меньme пара; требуется для отпарочной колонны. Потребление пара для разделения

NH>/C0 /Í Î компенсируется уменьшением количества пара при обработке раствора мочевины, так как количество воды, которое должно. быть выпарено, меньше. Так как не раствор, а только газообразный NH> рециркулируется из стадии низкого давления, то операция всей установки упрощается.

Рабочая надежность увеличивается, так как более не требуется ненадежных карбаматных насосов.

1153825

Пример 1 (количества даются в кмоль в, час). В описанную установку синтеза мочевины при 180 и давлении о

140 кг/см2 по линии 12 подается

2317 кмоль NH и по линии 4 подается 5

1143 кмоль СО пля получения

1019 кмоль мочевины в водном раство— ре. Давление в реакторе мочевины i отпарочной колонне. 3, конденсаторе 6 и конденсаторе продувочного газа 15140 кг/см. В отпарочной колонне 3 с помощью свежей СО> при нагревании паром 215 С из раствора мочевины рео актора i отгоняется .2542 кмоль NH>, 551 .кмоль СО2 и 132 кмоль Н20. В кон- 15 денсаторе 6 газовая .смесь, поступающая по линии 5, частично конденсируется. с помощью подаваемой по линии 8 смеси свежего МН и раствора, засасываемого из реактора мочевины. Из об- 20 разованной таким образом газожидкостиой смеси и раствора карбамата, образованного в продувочном конденсаторе t5, состоящей из 497 кмоль NH»

169 кмоль СО, 33 кмоль Н О, образуется раствор синтеза в реакторе мочео вины 1 при средней температуре 183 С, которя наряду с 1061 кмоль мочевины, содержит 2683 KMQJIb NH>, 627 кмоль СО и 119 моль Н О. Поэтому конверсия СО<30 достигает 62.8Х.

Раствор, состоящий из 1019 кмоль мочевины„ 225 кмоль ИН, 118 кмоль

Ñ02 и 1019 кмоль Н20 выпускается из

° отпарочной колонны 3 нагретым до, 124 С в аппарат 20 для разложения каро бамата, после расширения до давления

2,5 кг/см . Образовавшаяся газовая

2 смесь, состоящая из 151 кмоль NH9, .98 кмоль С02 и 159 кмоль Н20, отде- 40 ляется в сепараторе 21 от остального раствора мочевины, который кроме

1019 кмоль мочевины и 860 кмоль воды, все еще содержит 74 кмоль NH и

20 кмоль СО2 . Большая часть NHg и 4о

С02 удаляется в расширительном резервуаре 22 и таким образом получается водный раствор мочевины.

Газовая смесь, отделенная в сепараторе 21, подается в нижнюю часть разделительной колонны 28 для углекислоты, в которой поддерживается давление 2,5 кг/см, и обрабатывает2 о ся там при 90 С конденсатом из конечной стадии процесса, который содержит 1117 кмоль Н20, 5,5 кмоль ИНЗ. и 2,25 кмоль СО2. Кроме того, в колонну 28 по линии 32 подается

3700 кмоль Н О, содержащий следы NH . по линии 33 йодается 739 кмоль Н О, 298 кмоль NH и 134 кмоль СО и по линии 34 подается 157 кмоль Н О. Температура растворов, подаваемых по линиям 32 и 33 соответственно 88 о и 85 С, а температура промывной воды, подающейся по линии 34 равна о

Р

40 С. Газовая смесь, выходящая из верха колонны 28, состоит из

143 кмоль СО2 и 3 кмоль Н20. Нижний раствор, имеющий температуру 106 С и состоящий из 5939 кмоль Н20, 461 кмоль NH и 92 кмоль СО2, пода— ется в десорбционную колонну 29. В эту колОнну подается также газовая смесь, ьыделенная из верхнего продукта конденсатора 15 продувочного rasa состоящая из 156,5 кмоль NH

39,2 кмоль СО2 и 37 1 кмоль Н20, и в нижнюю часть десорбционной колонны

О

29 вводится пар с температурой 138 С.

Часть нижнего продукта этой колонны, который состоит из 6972 кмоль Н О и

2. следов NH и С02., подается по линиям 32 и 34 и разделительную колонну 28 и остальная частично как промывочная вода — в колонну 30 по линии 43, а остаток используется гделибо в процессе или сбрасывается в канализацию.

Газовая смесь, выходящая из верха десорбционной колонны 29 с температурой 110 С и состоящая из 618 кмоль

МНу, 134 кмоль СО2 и 709 кмоль Н О, о после охлаждения до 8? С в холодильнике 41 разделяется в колонне 30 путем промывки 29 кмоль Н О при 40 С и 170 кмоль NH при -15оС и, таким образом, получают 490 кмоль чистого NH

Пример 2 (количества даются в кмоль в час). В описанную установку синтеза мочевины при 190 С и даво. ленни 130 кг/см2 по линии 12 подается 2317 кмоль NHg и по линии 4 подается 1143 кмоль СО2 для получения

1019 кмоль мочевины в водном растворе. Давление в реакторе мочевины 1, отпарочной колонне 3, конденсаторе 6 и конденсаторе продувочного газа 15

130 кг/см. В отпарочной колонне 3 с

2 помощью свежей СО< при нагревании о паром 140 С отогнано из раствора мочевины реактора 1 отгоняется

2542 кмоль NH, 551 кмоль СО и

132 кмоль Н О. В конденсаторе 6 газовая смесь, поступающая по линии 5

9 1153825 10 частично конденсируется с помощью подаваемой по ликии 8 смеси свежего

NH> и раствора засасываемого иэ реактора мочевины. Из образованной таким образом гаэожидкостной смеси и раствора карбамата, образованного в продувочном конденсаторе 15, состоящей из 497 кмоль NH>, 169 кмоль СО, 33 кмоль Н О, образуется раствор синтеза в реакторе мочевины, 1 при сред- 1а ней температуре 183 С, который наряду с 1061 кмоль мочевины содержит

2683 кмоль NH, 627 кмоль СО и

119 кмоль Н О. Поэтому конверсия СО достигает 62,8g. 15

Раствор, состоящий из 10Я9 кмоль . мочевииы, 225 кмоль NH>, 1(8 кмоль

СО, 1019 кмоль СО и 1019 кмоль Н О, выйускается из отпарочной колонны 3 нагретым до 124 С в аппарат 20 для 20 разложения карбамата после расширения до давления 25 кг/см . Образовавшуюся .7 газовая смесь, состоявшая из 151 кмоль

NH, 98 кмаль СО и 159 кмоль Н О, отделяют в сепараторе 21 от остально- 25 го раствора мочевины, который кроме

1019 кмоль мочевины и 860 кмоль воды все еще содержит 74 кмаль NH> и

2G кмоль СО, Большая часть NH> и

СО удаляется в расширительном резер-щ вуаре 22, и таким образом получается водный раствор мочевины.

Газовая смесь, отделенная в сепараторе 21, подается в . нижнюю часть разделительной колонны 28 для углекислоты, в которой поддерживается дав. ление 2,5 кг/см, и обрабатывается там при 90 С конденсатом из конечной стадии процесса, который содержит

1117 кмоль Н О, 5,5 кмаль NH у и

2,25 кмоль СО . Кроме того, в колонну

28 по линии 32 подается 3700 кмоль

Н О, содержащей следы ИНу, па линии

33 подается 739 кмоль Н О, 298 кмоль . БНу и 134 кмаль ÑÎ и по линии 34 подается 157 кмаль Н О. Температура растворов, подаваемых и по линиям

32 и 33 соответственна 88 и 85 С, а температура промывной воды,. подавающейся по линии 34 равна 40 С. Газовая смесь, выходящая из верха колонны 28, состоит из 143 кмаль f0 и 3 кмоль

Н О. Нижний раствор, имеющий температуру 106 С и состоящий из

5939 кмоль Н О, 461 кмоль NH> и

92 кмоль СО .подается в i десорбционную колонну 29. В эту колонну подается также газовая смесь, выделенная иэ верхнего продукта конденсатора 15 продувочного. газа, состоящая из 156,5 кмоль NH, 39,2 кмоль

СО и 371 кмоль Н О, и в нижнюю часть десорбционной колонны 29 вводится пар с температурой 138 С. Часть нижнего продукта этой колонны, который состоит из 6972 кмоль Н О и следов

NH> и СО, подается по линиям 32 и 34 в разделительную колонну 28.и остальная частично как промывочная вода — в колонну 30 по линии 43, а остаток используется, где-либо в процессе или сбрасывается в канализацию.

Газовая смесь, выходящая из верха десорбционной колонны 29 с температурой 110аС и состоящая из 618 кмоль

NH, 134 кмоль СО и 709 кмоль Н О после охлаждения да 87 С в холодильнике 41, разделяется в колонне 30 путем промывки 29. кмоль Н О при 40 С и 170 кмоль NH> при — 15 С и, таким образом получено 490 кмоль чистого NH .

По сравнению с известным способом эксплуатационные расходы по использованию предлагаемого способа приблизительно на 1 гульден на 1 т мочевины ниже, капиталовложения на величину от 1 до 1,5 гульден на тонну мочевины тоже ниже (расчеты сделаны на основании голландских цен на сырье и оборудование). Другие важные преимущества способа следующие: отсутствует сброс пара низкого давления; отсутствует возврат водя из. установки разложения при низком давлении в реактор для синтеза; больше не требуются насосы для подачи карбамата (и вспомогательные устройства) со сложными трубопроводами 1

I количества сточной воды, которое в известном .способе составляет около

1,35 моль на 1 моль мачевины, уменьшается примерно до 1 моль на 1 моль мачевины.

Составитель В.Сапунов

Редактор С.Тимохина Техред С.Легеза Корректор И.Муска

Заказ 2534/44 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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