Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода
Изобретение относится к двухстадийному способу получения мочевины. На первой стадии из природного газа (2) путем его конверсии (12, 14) получают аммиак (7) и диоксид углерода (6). Водный раствор (9с) карбамата аммония, полученный путем обработки дыма (5), содержащего диоксид углерода и образующегося при сгорании дополнительного потока топлива, водным раствором (9а), содержащим часть (7b) полученного аммиака (7), и полученный раствор (9с) подают на вторую стадию для получения из аммиака (7) и диоксида углерода (6) в реакторе (20) синтеза мочевины раствора, содержащего мочевину и карбамат аммония, с последующим разложением карбамата аммония и выделением мочевины (8а). Обеспечивается возможность полного использования на второй стадии всего полученного на первой стадии аммиака, а также простая и дешевая «рекуперация» диоксида углерода из дыма, образующегося в результате сгорания топлива. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода. Изобретение относится, в частности, к способу получения мочевины, при осуществлении которого необходимые для синтеза мочевины аммиак и диоксид углерода получают в том же месте, на той же технологической линии, в той же промышленной зоне или на той же установке, где получают и мочевину. Более конкретно настоящее изобретение относится к способу указанного выше типа, на первой стадии которого из природного газа путем его конверсии с водяным паром получают аммиак и диоксид углерода, а на второй стадии из аммиака и диоксида углерода в реакторе синтеза мочевины получают содержащий мочевину и карбамат аммония раствор, из которого затем после разложения карбамата аммония выделяют мочевину.
Способы получения мочевины из аммиака и диоксида углерода хорошо известны, и обычно при получении этими способами мочевины, предназначенной для использования в качестве удобрений, исходным материалом для всего производственного процесса является природный газ, из которого сначала получают используемые для синтеза аммиака синтез-газы (содержащие водород и азот).
Известно также, что для получения синтез-газов природный газ сначала подвергают конверсии с водяным паром, после чего полученный таким путем диоксид углерода отделяют от водорода и азота. Затем диоксид углерода вместе с аммиаком используют для получения мочевины. Подобный известный способ раскрыт, в частности, в WO 02/090250.
Хорошо известно, однако, что при использовании природного газа в качестве исходного материала для получения мочевины полученный синтез-газ содержит аммиак и диоксид углерода не в стехиометрических количествах, необходимых для последующего синтеза мочевины, а обычно содержит аммиак в избытке по отношению к диоксиду углерода. Поэтому при получении мочевины для использования всего аммиака, полученного из природного газа, к синтез-газу приходится добавлять определенное количество диоксида углерода.
Для этой цели в настоящее время рекомендуется использовать чистый диоксид углерода, который в достаточном количестве содержится в дыме, образующемся при сгорании природного газа (метана), используемого в качестве топлива и источника тепла, необходимого для получения синтез-газов в результате конверсии природного газа с водяным паром. Для выделения диоксида углерода образующийся при сгорании метана дым обычно обрабатывают (промывают) этаноламинами, например, водным раствором моноэтаноламина (МЭА).
При всех своих преимуществах такой способ, основанный на использовании дополнительного диоксида углерода, является, однако, достаточно сложным, трудоемким и дорогим. Использование дополнительного количества диоксида углерода связано с протеканием целого ряда связанных между собой трудно осуществимых и трудно контролируемых химических реакций, которые требуют соответствующего оборудования и аппаратуры, в частности для выделения диоксида углерода из отходящего дыма, образующегося при конверсии природного газа, и утилизации образующихся при этом в больших количествах побочных продуктов (включая окисленный МЭА).
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ получения мочевины из природного газа, позволяющий устранить указанные выше недостатки известных способов получения мочевины.
Указанная задача решается согласно изобретению с помощью предлагаемого в нем способа получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающего получение аммиака и диоксида углерода из природного газа путем его конверсии на первой стадии, и получение из аммиака и диоксида углерода в реакторе синтеза мочевины раствора, содержащего мочевину и карбамат аммония, с последующим разложением карбамата аммония и выделением мочевины на второй стадии. Причем в предлагаемом способе получают водный раствор карбамата аммония путем обработки дыма, образующегося при сгорании дополнительного потока топлива и содержащего диоксид углерода, водным раствором, содержащим часть полученного аммиака, и полученный раствор подают на вторую стадию.
В предпочтительных вариантах осуществления водный раствор карбамата аммония подают в реактор синтеза мочевины после прохождения через аппарат для очистки воды и блок разложения карбамата и выделения мочевины.
Образующийся при сгорании топлива дым, содержащий диоксид углерода, до обработки водным раствором аммиака, обрабатывают для удаления из него возможно содержащихся в нем оксидов азота.
Водный раствор аммиака получают смешением части аммиака с водным раствором карбамата аммония, отбираемым из концентратора, в котором после разложения карбамата амония обрабрабатывают раствор для отделения концентрированного раствора мочевины от водного раствора, содержащего остаток карбмата аммония.
Содержащий диоксид углерода дым предпочтительно образуется при сгорании топлива и получении тепла для процесса конверсии природного газа. Содержащий диоксид углерода дым может образовываться при сгорании топлива и получении тепла на первой и/или второй стадии получения мочевины.
Другие отличительные особенности и преимущества предлагаемого в изобретении способа более подробно рассмотрены ниже на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, которые лишь иллюстрируют изобретение и не ограничивают его объем, и на которых показано:
на фиг.1 - схема, иллюстрирующая предлагаемый в изобретении способ получения мочевины из аммиака, и
на фиг.2 - схема, на которой показаны отдельные аппараты, используемые при получении мочевины предлагаемым в изобретении способом, схематично проиллюстрированным на фиг.1.
Предлагаемый в изобретении способ получения мочевины согласно схеме, показанной на фиг.1, состоит в основном их двух стадий, которые, как следует из последующего описания, могут быть различным образом взаимосвязаны. На первой стадии из природного газа получают аммиак и, по существу, чистый диоксид углерода, которые используют на второй стадии для получения мочевины.
На первой стадии на обозначенной на схеме позицией 1 установке для получения аммиака природный газ 2, например метан, после возможного обессеривания в соответствующем аппарате 10 подвергают обычным способом каталитической конверсии, при которой природный газ сначала подвергают первичной конверсии с водяным паром 3 в печи 12, а затем вторичной конверсии с воздухом 4 в печи 14.
Тепло, необходимое для первичной конверсии природного газа в печи 12, выделяется в процессе сгорания дополнительного, не показанного на схеме потока природного газа (метана), которое сопровождается образованием дыма 5, содержащего диоксид углерода, и отбором из печи 14 потока газов, содержащих водород, азот и диоксид углерода. После обычной обработки в декарбонизаторе 16, например моноэтаноламином, не содержащие диоксид углерода 6 водород и азот подают в реактор 18 для синтеза аммиака 7.
Полученные на первой стадии аммиак 7 и диоксид углерода 6 используют на второй стадии для синтеза мочевины.
Необходимо отметить, что полученный описанным выше способом синтез-газ, как известно, содержит аммиак и диоксид углерода не в стехиометрических количествах, необходимых для последующего синтеза мочевины, а обычно содержит аммиак в избытке по отношению к диоксиду углерода
Поэтому на второй стадии, выполняемой на обозначенной на схеме позицией 8 установке для получения мочевины, используют только часть 7а полученного на первой стадии аммиака 7 и весь диоксид углерода 6, из которых обычным способом в соответствующем реакторе 20 получают раствор, содержащий мочевину, карбамат аммония и свободный аммиак. После разложения в блоке 22 находящегося в растворе карбамата аммония диоксид углерода и пары аммиака вместе со свободным аммиаком конденсируют в блоке 22 и возвращают обратно в реактор 20. После разложения карбамата аммония раствор обрабатывают в концентраторе 24, в котором концентрированный раствор мочевины отделяют от водного раствора, содержащего остаток карбамата аммония. Концентрированный раствор мочевины обрабатывают, например, в грануляторе 26, получая твердую (гранулированную) мочевину 8а, пригодную для последующей расфасовки и упаковки. Из водного раствора, отбираемого из концентратора 24, в аппарате 34 для очистки воды выделяют оставшийся в этом водном растворе карбамат аммония, который обрабатывают в блоке 22 разложения карбамата и возвращают в реактор 20, а очищенную от карбамата аммония воду сливают из установки 8 для получения мочевины по трубопроводу 36.
Для использования в процессе получения мочевины всего количества аммиака 7, полученного на описанной выше первой стадии, т.е. и того аммиака 7b, количество которого является по отношению к количеству диоксида углерода избыточным, превышающим стехиометрическое, этот избыточный аммиак 7b согласно изобретению предпочтительно использовать для "рекуперации" диоксида углерода, который содержится в дыме, образующемся при сжигании топлива.
Такой дым может представлять собой дым, образующийся при получении тепла в результате сжигания природного газа на первой и/или второй стадии способа получения мочевины при получении тепла, или дым, образующийся при сжигании топлива в других печах, расположенных вне промышленной зоны, в которой протекает процесс получения мочевины.
В показанном на фиг.1 примере предпочтительно использовать дым 5, образующийся при сжигании топлива в процессе первичной конверсии природного газа. В другом варианте можно использовать дым, образующийся при сжигании топлива в имеющихся на установке котлах.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения упомянутую выше "рекуперацию" диоксида углерода выполняют в обозначенной на схеме позицией 9 и более подробно показанной на фиг.2 секции выделения диоксида углерода, в которой дым 5, очищенный от возможно содержащихся в нем оксидов азота в газоочистителе 28 (который известен как таковой и поэтому подробно не рассматривается), охлаждают в теплообменнике 30 и промывают в колонне 32 водным раствором 9а избыточного аммиака.
В примере, показанном на фиг.1, водный раствор 9а для промывки дыма получают смешением избыточного аммиака 7b, полученного на установке 1, с водным раствором 9b карбамата аммония, отбираемым из концентратора 24 соединенной с ней установки 8 для получения мочевины. Подобное смешивание происходит либо вне колонны 32, как в показанном на фиг.1 варианте, либо внутри самой колонны 32.
При промывке образующегося при сжигании топлива дыма 5 аммиачным раствором 9а в нем абсорбируется преобладающая часть содержащегося в дыме диоксида углерода, в результате взаимодействия которого с аммиаком получают более концентрированный водный раствор 9 с карбамата аммония.
Обедненный диоксидом углерода дым 9d обычным образом сбрасывают в атмосферу.
Альтернативно варианту, показанному на фиг.1, для промывки дыма можно применять аммиачный раствор 9а, получаемый за счет использования части аммиака 7 в количестве, меньшем избыточного количества аммиака 7b или превышающем его, например, за счет использования дополнительного количества аммиака, поступающего извне установки 1 для получения аммиака
В соответствии с другой отличительной особенностью настоящего изобретения раствор 9 с карбамата аммония, в котором абсорбирован содержащийся в дыме 5 диоксид углерода, подают на вторую стадию получения мочевины.
Так, в частности, в предпочтительном варианте раствор 9 с карбамата аммония, прошедший через аппарат 34 для очистки воды и блок 22 разложения карбамата и выделения мочевины, подают в реактор 20 синтеза мочевины вместе с карбаматом аммония, выделенным в аппарате 34 для очистки воды. Иными словами, водный раствор 9с карбамата предпочтительно смешивать с водным раствором карбамата, циркулирующим по замкнутому контуру в установке 8 для получения мочевины между аппаратом 34 для очистки воды и блоком 22 для разложения карбамата и выделения мочевины.
В еще одном, не показанном на чертежах варианте осуществления изобретения, водный раствор 9с карбамата аммония подают в другую часть установки для получения мочевины, например, в дополнительный (не показанный на схеме) блок для разложения карбамата аммония, образующиеся в котором пары, содержащие диоксид углерода и аммиак, подают в реактор синтеза мочевины, а затем конденсируют.
Основное преимущество предлагаемого в изобретении способа получения мочевины заключается в возможности полного использования на второй стадии всего количества аммиака, полученного на первой стадии, и в простой и дешевой "рекуперации" диоксида углерода из дыма, образующегося в результате сгорания топлива при первичной конверсии природного газа, не связанной в отличие от известных способов с выполнением каких-либо сложных и трудоемких операций.
Кроме того, предлагаемым в изобретении способом мочевину можно получать и на новых установках, позволяющих без всяких ограничений конвертировать в мочевину любое необходимое количество аммиака, и на существующих установках, оборудованных новой, простой по конструкции секцией "рекуперации" СО2.
Другое преимущество предлагаемого в изобретении способа получения мочевины связано с возникновением в секции 9 рекуперации диоксида углерода экзотермической реакции образования карбамата, выделяющееся в процессе которой тепло можно использовать, например, для получения водяного пара.
Очевидно, что в рассмотренные выше варианты можно вносить различные изменения и усовершенствования, которые не выходят за объем изобретения, определяемый его формулой.
1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающий получение аммиака (7) и диоксида углерода (6) из природного газа (2) путем его конверсии (12, 14) на первой стадии и получение из аммиака (7) и диоксида углерода (6) в реакторе (20) синтеза мочевины раствора, содержащего мочевину и карбамат аммония, с последующим разложением карбамата аммония и выделением мочевины (8а) на второй стадии, отличающийся тем, что получают водный раствор (9с) карбамата аммония путем обработки дыма (5), содержащего диоксид углерода и образующегося при сгорании дополнительного потока топлива, водным раствором (9а), содержащим часть (7b) полученного аммиака (7), и полученный раствор (9с) подают на вторую стадию.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор (9с) карбамата аммония подают в реактор (20) синтеза мочевины.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор (9с) карбамата аммония подают в реактор (20) синтеза мочевины после прохождения его через аппарат (34) для очистки воды и блок (22) разложения карбамата и выделения мочевины.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что образующийся при сгорании топлива дым (5), содержащий диоксид углерода, до обработки водным раствором (9а) аммиака обрабатывают для удаления из него возможно содержащихся в нем оксидов азота.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор (9а) аммиака получают смешением части (7b) аммиака (7) с водным раствором (9b) карбамата аммония, отбираемым из концентратора (24), в котором после разложения карбамата аммония обрабатывают раствор для отделения концентрированного раствора мочевины от водного раствора, содержащего остаток карбамата аммония.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержащий диоксид углерода дым (5) образуется при сгорании топлива и получении тепла для процесса конверсии (12) природного газа.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержащий диоксид углерода дым (5) образуется при сгорании топлива и получении тепла на первой и/или второй стадии получения мочевины.
