Концентрирование раствора мочевины в способе синтеза мочевины

Изобретение относится к способу синтеза мочевины. В секции (10) синтеза получают содержащий мочевину раствор (13), указанный раствор очищают в секции (14) извлечения и водный раствор (15), содержащий в основном мочевину и воду, который получают из упомянутой секции извлечения, подвергают процессу концентрирования. При этом процесс концентрирования включает стадию отделения посредством избирательной мембраны. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области синтеза мочевины. Более конкретно, настоящее изобретение относится к стадии концентрирования водного раствора мочевины, который получают из секции извлечения на установке для синтеза мочевины.

Уровень техники

Известные способы синтеза мочевины включают в основном контур синтеза под высоким давлением, секцию извлечения, работающую под средним и (или) низким давлением, секцию концентрирования и секцию окончательной обработки. В контуре синтеза взаимодействуют исходные материалы - аммиак и диоксид углерода, образуя раствор мочевины, воду и карбамат аммония; этот раствор подвергают очистке в секции, работающей под средним или низким давлением, расположенной ниже по потоку, в основном для извлечения аммиака и диоксида углерода, образующихся при разложении карбамата.

Поток, выходящий из секции извлечения, обычно представляет собой водный раствор мочевины, содержащий примерно 50-90 мас. % мочевины, на современных установках - обычно 70-80 мас. %. Однако в некоторых случаях применения требуется гораздо более высокая концентрация. Например, способы окончательной обработки для гранулирования и получения гранул отверждением капелек распыленного раствора с целью превращения мочевины в твердый продукт требуют использования расплава мочевины, имеющего чистоту 95-99,8 мас. %. На известном уровне техники такую более высокую концентрацию получают или концентрированием под вакуумом, или кристаллизацией раствора мочевины.

Приведенное выше общее описание относится к большей части современных установок для получения мочевины, в частности, также к способам с самоотпаркой и способам с отпаркой диоксидом углерода и к конструкции новых установок для синтеза мочевины. Всестороннее рассмотрение этих способов и соответствующих установок для получения мочевины можно найти в литературе, например Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology (Энциклопедия химической технологии), 3-е изд., т. 23, стр. 548-562, или Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Энциклопедия Ульмана по промышленной химии), изд-во Wiley-VCH Verlag.

Следует отметить, что постоянно возникающей проблемой в способах синтеза мочевины является удаление воды из потока, выходящего из контура высокого давления или секции извлечения, поскольку на каждую грамм-молекулу мочевины получают одну грамм-молекулу воды. Как сообщалось выше, потребность в концентрировании потока, выходящего из секции извлечения, в настоящее время реализуют, используя выпаривание или кристаллизацию.

Кристаллизация означает физическое разделение твердой фазы (кристаллизованной мочевины) и жидкой фазы (воды), а недостатком этого способа является использование крупногабаритных и сложных установок, требующих значительного объема работ по техобслуживанию с точки зрения потребности в рабочей силе и финансовых затрат. Вакуум-выпарные аппараты также имеют ряд недостатков. Во-первых, из-за их низкого давления (вакуум) для них нужны большие и дорогостоящие емкости. Кроме того, установки, работающие под вакуумом, создают проблему герметизации во избежание подсоса воздуха извне.

Еще одним недостатком является низкая энергоэффективность. Вакуум-выпарной аппарат требует подвода тепла, которое обычно доставляет горячий водяной пар, получаемый на установке где-то в другом месте; более того, вакуум создают посредством паровых эжекторов, которые не являются вполне эффективным оборудованием. Вместе с тем, поток газа, выходящий из выпарного аппарата, наряду с движущим (энергетическим) паром эжекторов нужно конденсировать, сбрасывая менее полезное тепло, которое больше нельзя повторно использовать в этом способе. Указанное тепло обычно отводят посредством воздушного или водяного охлаждения и рассеивают в атмосфере. Поэтому существует потребность обеспечить более подходящий процесс концентрирования раствора мочевины, поступающего из секции извлечения на известных установках для синтеза мочевины.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предлагается отделять воду и, возможно, другие отличные от мочевины компоненты, содержащиеся в растворе мочевины, выходящем из секции извлечения на установке для синтеза мочевины, посредством избирательной мембраны.

Соответственно, первой особенностью изобретения является способ синтеза мочевины, в котором в секции синтеза мочевины получают водный раствор, содержащий мочевину с некоторым количеством остаточного аммиака и диоксида углерода, указанный раствор очищают в секции извлечения, а водный раствор, содержащий в основном мочевину и воду, который получают из упомянутой секции извлечения, подвергают процессу концентрирования, отличающемуся тем, что указанный процесс концентрирования включает по меньшей мере одну стадию отделения посредством избирательной мембраны.

Указанную стадию отделения посредством избирательной мембраны осуществляют с использованием одной или более мембран. Мембрана для осуществления настоящего изобретения, во-первых, обладает пропускающей способностью для переноса воды и (или) для переноса других загрязняющих примесей, а во-вторых, специальной пропускающей способностью для переноса мочевины. Указанную стадию предпочтительно осуществляют с использованием по меньшей мере водо-избирательной мембраны, приспособленной для отделения воды от мочевины и концентрирования раствора. Например, подходящая водо-избирательная мембрана является проницаемой для воды и по существу непроницаемой для других составляющих раствора, а именно мочевины. Это можно понимать так, что, например, при контакте водного раствора мочевины с водо-избирательной мембраной на стороне подачи воду собирают на стороне выхода, таким образом, повышая концентрацию раствора на стороне подачи.

Мембрана обеспечивает разделение первой стороны (сторона подачи) и второй стороны (сторона выхода). С этой целью указанная мембрана может представлять собой плоскую мембрану или иметь другую форму, например представлять собой мембрану, скрученную спиралью. В некоторых вариантах осуществления изобретения для улучшения этого способа давление на стороне подачи и на стороне выхода может быть разным.

Концентрирование на основе использования мембраны может быть не единственным способом концентрирования. До или после указанной стадии отделения посредством избирательной мембраны водный раствор можно концентрировать другим способом (например, выпариванием или кристаллизацией).

В соответствии с разными вариантами осуществления изобретения водный раствор, который подвергают разделению посредством избирательной мембраны, - это раствор, выходящий из секции извлечения, или раствор, концентрированный ранее обычным способом, таким как выпаривание или кристаллизация. Таким же образом, концентрированный раствор, выходящий при осуществлении способа отделения посредством мембраны, можно (по усмотрению) дополнительно концентрировать другим способом, если это необходимо или целесообразно.

В некоторых вариантах осуществления изобретения указанный способ концентрирования включает использование более одной избирательной мембраны и, возможно, нескольких мембран различной природы для отделения воды и других загрязняющих примесей из водного раствора мочевины. Упомянутые загрязняющие примеси могут включать аммиак или соли, например карбонаты, которые в малых количествах можно обнаружить в растворе.

Концентрация раствора, поступающего в мембрану, предпочтительно составляет 50-90 мас. % мочевины. После концентрирования раствор предпочтительно содержит более 85 мас. % мочевины, а более предпочтительно - 95-100 мас. %.

Второй особенностью изобретения является установка для синтеза мочевины, включающая секцию синтеза и секцию извлечения и отличающаяся секцией концентрирования для обработки водного раствора мочевины, причем указанная секция концентрирования включает по меньшей мере одну стадию концентрирования посредством мембраны, включающую избирательную мембрану. Указанная мембрана предпочтительно представляет собой водо-избирательную мембрану для отделения воды из водного раствора мочевины.

Еще одной особенностью изобретения является модернизация существующей установки для синтеза мочевины, при которой существующую секцию концентрирования переделывают, включая стадию концентрирования посредством мембраны.

Отделение посредством мембраны может полностью или частично заменить обычную секцию вакуумного выпаривания или кристаллизации. Можно обеспечить высокую концентрацию, например не ниже 95-99,5 мас. %, подходящую для осуществления способов окончательной обработки для гранулирования или получения гранул отверждением распыленных капелек без использования дорогостоящих и крупногабаритных работающих под вакуумом установок для обычных секций. Более того, концентрирование посредством мембран не требует значительных энергозатрат или подвода тепла, что повышает энергоэффективность этого способа в целом.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

На чертеже показана блок-схема частного варианта осуществления изобретения. Ссылочным номером 10 обозначена секция синтеза под высоким давлением, в которой взаимодействуют аммиак 12 и диоксид углерода 11. В соответствии с известным уровнем техники в ряде вариантов осуществления изобретения указанная секция 10 может включать реактор, отпарной аппарат и конденсатор, образующие контур высокого давления.

Выходящий из секции 10 поток 13 обрабатывают в секции 14 извлечения в основном для выделения аммиака и диоксида углерода. Водный раствор 15 мочевины из секции 14 извлечения направляют в секцию 16 концентрирования, включающую водо-избирательную мембрану.

Например, к первой стороне мембраны подают раствор 15, а с другой стороны (стороны выхода) мембраны получают поток 17, состоящий в основном из воды. Для получения по существу чистой воды W указанный поток 17 предпочтительно очищают в секции 18. Концентрированный раствор 19, имеющий концентрацию, например, приблизительно не ниже 95-99,5 мас. %, пропускают в секцию 20 окончательной обработки для получения по существу чистой мочевины U.

1. Способ синтеза мочевины, в котором в секции (10) синтеза получают содержащий мочевину раствор (13), указанный раствор очищают в секции (14) извлечения и водный раствор (15), содержащий в основном мочевину и воду, который получают из упомянутой секции извлечения, подвергают процессу концентрирования, отличающийся тем, что указанный процесс концентрирования включает стадию отделения посредством избирательной мембраны.

2. Способ по п. 1, причем указанная стадия отделения посредством избирательной мембраны осуществляется с использованием по меньшей мере одной водо-избирательной мембраны.

3. Способ по п. 1, причем до или после указанной стадии отделения посредством избирательной мембраны концентрирование водного раствора из секции извлечения осуществляют другим методом, таким как выпаривание или кристаллизация.

4. Способ по одному из предшествующих пунктов, причем указанную стадию концентрирования посредством избирательной мембраны осуществляют с использованием целого ряда мембран.

5. Способ по п. 4, причем указанную стадию концентрирования посредством избирательной мембраны осуществляют с использованием целого ряда мембран различной природы для удаления из водного раствора мочевины воды и других загрязняющих примесей, таких как аммиак и (или) карбонаты.

6. Установка для синтеза мочевины, включающая секцию (10) синтеза, секцию (14) извлечения и секцию (16) концентрирования для удаления воды из водного раствора мочевины, выпускаемого из секции извлечения, отличающаяся тем, что указанная секция (16) концентрирования включает по меньшей мере одну избирательную мембрану.

7. Установка по п. 6, на которой указанная секция (16) концентрирования включает водо-избирательную мембрану.

8. Установка по п. 7, на которой указанная водо-избирательная мембрана является проницаемой для воды и в значительной степени непроницаемой для других составляющих водного раствора; указанная мембрана обеспечивает разделение стороны подачи и стороны выхода мембраны; водный раствор мочевины принимают на упомянутой стороне подачи мембраны, а на упомянутой стороне выхода получают поток (17), в основном состоящий из воды.

9. Способ модернизации установки для синтеза мочевины, включающей секцию (10) синтеза, секцию (14) извлечения и секцию (16) концентрирования для удаления воды из водного раствора мочевины, выпускаемого из секции извлечения, отличающийся тем, что в секции (16) концентрирования устанавливают по меньшей мере одну избирательную мембрану для отделения из водного раствора мочевины воды и (или) других загрязняющих примесей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и установке для производства водного раствора мочевины, пригодного для использования в процессе селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота, а именно для удаления оксидов азота.

Изобретение относится к способу извлечения аммиака, содержащегося в газообразном продувочном потоке, получаемом в процессе синтеза мочевины. .

Изобретение относится к способу получения кристаллического карбамида высокой очистки. .

Изобретение относится к получению мочевины из аммиака и диоксида углерода. .

Изобретение относится к получению мочевины из аммиака и диоксида углерода. .

Изобретение относится к способу получения 1,1-1,6-гексаметилен-3,3,3 ,3 -тетракис(2-оксиэтил)-бисмочевины, которая может быть использована в медицине, заключающемуся во взаимодействии 1,6-гексаметилендиизоцианата с диэтаноламином в водной среде, причем диэтаноламин берут в количестве 1,001÷1,01 от стехиометрического и после проведения синтеза удаляют избыток диэтаноламина на катионообменной смоле, которую добавляют в реакционную смесь в количестве 5-10% от массы исходных компонентов при перемешивании до снижения рН реакционной смеси в интервале 7,0-7,2.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению стадии синтеза в процессе получения мочевины из аммиака и диоксида углерода. .

Изобретение относится к способу и установке для подготовки раствора карбамида, применяемого в качестве агента для очистки от окислов азота выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к усовершенствованию технологии получения мочевины из аммиака и диоксида углерода. .

Изобретение относится к способу получения 13С-мочевины. Способ включает взаимодействие диоксида 13С-углерода (13CO2) с окисью пропилена при температуре 90-100°C в присутствии каталитической системы в составе бромида цинка и бромида тетрабутиламмония, взятых в мольном соотношении 1:2,0-6,2.

Изобретение относится к способу синтеза мочевины на основе реакции аммиака и диоксида углерода. Способ включает взаимодействие аммиака и диоксида углерода в жидкой фазе и в первой зоне (S1) реакции.

Изобретение относится к улучшенному способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода при высокой температуре и давлении, с образованием карбамата аммония в качестве промежуточного продукта.

Изобретение относится к тарелке (4) реактора для получения мочевины. Тарелка содержит по меньшей мере одну базовую пластину (10) и множество полых чашеобразных элементов (11, 11А), которые выступают вертикально из базовой пластины (10) вдоль соответственной по существу параллельной оси (А), перпендикулярной базовой пластине (10), и имеют соответствующие по существу вогнутые внутренние полости (17, 37), сообщающиеся с соответствующими отверстиями (15), сформированными в базовой пластине (10).

Изобретение относится к способу синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода с образованием карбамата аммония в качестве промежуточного химического соединения.

Настоящее изобретение относится к способу получения аммиака-мочевины. Жидкий аммиак (20), содержащий незначительные количества водорода, азота, метана и необязательно других инертных в отношении мочевины газов, получают в процессе синтеза аммиака, который проводят при определенном давлении синтеза аммиака, и по крайней мере часть указанного жидкого аммиака используют для обеспечения входного потока аммиака (24) процесса синтеза мочевины 16.

Изобретение относится к способу модернизации установки для производства мочевины с самоотпариванием, включающей секцию синтеза мочевины высокого давления, куда входит по меньшей мере реактор, термическая или аммиачная отпарные секции и конденсатор, секция обработки среднего давления и секция извлечения низкого давления.

Изобретение относится к способу формирования мочевины посредством объединения процесса получения аммиака и процесса получения мочевины. Способ включает получение аммиака и диоксида углерода и топочного газа для первого потока аммиака, потока диоксида углерода и потока топочного газа, содержащего диоксид углерода; разделение первого потока аммиака на второй поток аммиака и третий поток аммиака, причем второй поток аммиака переносится в абсорбер, и третий поток аммиака переносится в секцию синтеза мочевины процесса получения мочевины для получения мочевины; перенос потока диоксида углерода в секцию синтеза мочевины; перенос потока топочного газа в абсорбер; объединение второго потока аммиака и потока обедненного растворителя, поступающего из процесса получения мочевины для образования смешанного потока; приведение в контакт смешанного потока с потоком топочного газа в абсорбере для поглощения диоксида углерода из потока топочного газа с образованием потока обогащенного растворителя и потока обработанного газа; перенос потока обогащенного растворителя, выпускаемого из абсорбера, в секцию синтеза мочевины; приведение в контакт потока диоксида углерода, третьего потока аммиака и потока обогащенного растворителя в секции синтеза мочевины для образования мочевины и потока обедненного растворителя и перенос потока обедненного растворителя из процесса получения мочевины в абсорбер.

Изобретение относится к реактору для проведения газожидкостных двухфазных химических реакций. Вертикальный реактор для получения мочевины с помощью прямого синтеза, начинающегося с аммиака и диоксида углерода, в газожидкостной двухфазной смеси, включает полую конструкцию, ограниченную внешней стенкой, имеющей цилиндрическую форму, закрытую на концах полукруглыми крышками и содержащую отверстия для впуска и выпуска технологических жидкостей, так чтобы обеспечить возможность попутного протекания газовой и жидкой фаз внутри реактора, множество наложенных друг на друга перфорированных тарелок, проходящих горизонтально внутри конструкции до внутренней поверхности цилиндрической стенки и подходящим образом разнесенных вдоль вертикальной оси таким образом, что между каждой парой соседних тарелок имеется сектор, находящийся в гидравлическом соединении с сектором, расположенным соответственно выше и/или ниже него, при этом по меньшей мере один сектор содержит разделительную перегородку, расположенную между двумя соседними тарелками и перпендикулярно им и закрепленную на поверхности тарелок и на внутренней поверхности футеровки внешней стенки, так чтобы разделить сектор на две секции, объемы которых находятся в отношении друг к другу, составляющем от 1/3 до 3/1, предпочтительно от 0,95 до 1,05, более предпочтительно равном 1.

Изобретение относится к способу экологически чистого получения мочевины (CO(NH2)2) из отходов любого состава. Способ включает следующие стадии: а) получение синтез-газа, содержащего CO, CO2 и H2, посредством высокотемпературной обработки отходов в реакторе в присутствии кислорода O2, который получают посредством процесса криогенного разделения воздуха; б) преобразование CO, содержащегося в синтез-газе, с использованием H2O, в CO2+H2 (реакция сдвига) и отделение CO2 от H2; в) преобразование H2, полученного на стадии (б), с использованием N2, полученного из процесса криогенного разделения воздуха на стадии (а), с получением аммиака (NH3), и г) преобразование NH3 со стадии (в), с использованием CO2 со стадии (б), с получением мочевины (CO(NH2)2).

Изобретение относится к получению монокристаллов алмазов, в частности, легированных азотом и фосфором, при высоких давлениях и температурах, которые могут быть использованы в устройствах электроники.

Изобретение относится к способу синтеза мочевины. В секции синтеза получают содержащий мочевину раствор, указанный раствор очищают в секции извлечения и водный раствор, содержащий в основном мочевину и воду, который получают из упомянутой секции извлечения, подвергают процессу концентрирования. При этом процесс концентрирования включает стадию отделения посредством избирательной мембраны. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх