Способ получения мочевины

 

Ф

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ ппп 459887

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимый от патента (22) Заявлено. 28.08.72 (21) 1823288/23-4 (32) Приоритет 02.09.71 (31) 7112061 (ЗЗ) Нидерланды

Опубликовано 05.02.75. Бюллетень Ме 5 (51) М. Кл. С 07с 127/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР еа делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 27.06.75 (72) Автор изобрезепия

Иностранец

Дирк Иоганнес Вендербос (Нидерланды) Иностранная фирма

«Стамикарбон Н. В.» (Нидерланды) (71) Заявитель (54) СПОСОВ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ

С целью повышения эффективности процесса предложено взаимодействие аммиака с двуокисью углерода вести при давлении 90—

140 атм, разложение карбамата аммония осу.5 ществлять в две стадии, причем первую стадгпо — при давлении 90 — 140 атм до образования не менее 40o/о равновесного количества мочевины, а вторую — при давлении 160 атм и выше до получения не менее 85 /о равновес10 ного количества мочевины.

Разложение карбамата аммония на первой стадии целесообразно вести до образования

70 — 95% равновесного количества мочевины, используя теплоту конденсации части аммиа15 ка и двуокиси углерода, непрореагировавших в зоне образования карбамата аммония.

Процесс целесообразно вести с подачей на вторую стадию разложения карбамата аммония свежих аммиака и двуокиси углерода, на20 пример, в количестве 40 — 60 /о аммиака и

10 — 15% двуокиси углерода от общего количества подаваемых в процесс, используя теплоту их конденсации для получения мочевины в этой реакционной зоне.

25 При использовании предложенного способа сокращается расход пара высокого давления, а на стадии высокого давления (свыше 160 атм) применяют менее громоздкое оборудоваИзобретение относится к способу получения мочевины нз аммиака и двуокиси углерода.

Известен способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при повышенных температуре и давлении с образованием карбамата аммония, его разложением, отгонкой непрореагировавших при этом аммиака и двуокиси углерода и рециркуляцией последних.

Процесс проводят при давлении в зоне синтеза мочевины выше 140 атм, а отгонку непрореагировавших реакционных газов и их конденсацию в карбамат аммония — при давлении 50 — 140 атм.

Такой способ характеризуется недостаточно высокой эффективностью процесса, связанной с нерациональным использованием тепла реакции образования карбамата аммония. При синтезе последнего из аммиака и двуокиси углерода на первой стадии процесса выделяется значительное количество тепла, которое может быть использовано для получения пара низкого давления (2 — 6 атм), имеющего ограниченную область применения, в то время как при разложении карбамата аммония с образованием мочевины на второй стадии процесса требуется подводить пар высокого давления (15 — 25 атм), что связано с большими

=-нергозатратами, (53) УДК 661.7!7.5(088.8) 459887 пие, так как значительная часть мочевины (более 50 /о) образуется на первой стадии разложения карбамата аммония при более низком давлении (90 †1 атм).

На чертеже показана технологическая схема процесса синтеза мочевины по предложенному способу.

Процесс осуществляют следующим образом.

В конденсаторе 1 при давлении 90 †1 атм образуется раствор карбамата аммония, содержащий еще значительные количества (например 20 — 40 /о) вводимых в процесс газообразного аммиака и двуокиси углерода. При вышеуказанном давлении выделяется теплота конденсации на таком уровне температуры, что ее можно использовать для образования пара. Полученная в конденсаторе 1 смесь газа и жидкости поступает в реактор 2 для синтеза мочевины, где при давлении 90 — 140 атм часть карбамата аммония обменно разлагают в мочевину. Необходимую для этого теплоту получают путем конденсации еще имеющихся газообразных компонентов реакции. Конденсируемое количество газа и время пребывания реакционной массы в реакторе выбирают так, что при данном давлении образуется 40 — 95О/о равновесного количества мочевины. Можно также полностью конденсировать газовую смесь в конденсаторе 1 и часть тепла конденсации косвенно подводить через систему теплообмена в реактор 2, а также полностью или частично подводить извне тепло. Однако последнее менее предпочтительно, Из верхней секции реактора смесь отходящих газов, содержащую неконденсируемые газы, которые поступают в процесс вместе со свежим аммиаком и двуокисью углерода, направляют в промывную колонну 3, где реку перируют еще содержащиеся в ней аммиак н двуокись углерода. Остаточный газ отводят через редукционный клапан 4.

Раствор мочевины, непрореагировавшего карбамата аммония и несвязанного аммиака в воде через сливную трубку из реактора подают насосом 5 под давлением (по меньшей мере 160 атм, предпочтительно 180 — 200 атм) в реактор 6 для синтеза мочевины. В этот реактор из емкости 7 направляют также аммиак под необходимым давлением, создаваемым с помощью насосов 8 и 9, и соответствующее количество двуокиси углерода, которую подают из емкости 10 и компримируют до необходимого давления с помощью компрессора 11.

Выделяющееся при образовании карбамата аммония из аммиака и двуокиси углерода тепло необходимо для получения при выбранных давлении и времени пребывания по меньшей мере 85 /о равновесного количества мочевины.

Для этого двуокиси углерода необходимо, например, 10 — 15О/о от общего количества в процессе, а аммиака 40 — 60 от общего количества.

Выводимый из реактора 6 раствор синтеза мочевины, который кроме мочевины, карбамата аммония и воды содержит еще свободный аммиак, дросселируют редукционным клапаном 12 примерно до давления в конденсаторе

1 и в реакторе 2 и подают в верхнюю часть перегонной колонны 13. B нижнюю часть этой колонны, представляющей собой кожухотрубчатый теплообменник, противотоком вводят двуокись углерода из ступени среднего давления компрессора 11. В межтрубное пространство колонны 13 подают пар с давлением 15—

Ip 25 атм. Выводимый из нижней части этой колонны раствор мочевины дросселируют до давления 2 — 4 атм редукционным клапаном

14 ступени 15 низкого давления и обрабатывают с целью удаления еще содержащегося в

15 нем карбамата аммония. Полученный при этом водный раствор мочевины поступает затем в зону выпаривания или кристаллизации (не показана) для дальнейшей обработки. Образовавшийся в зоне низкого давления разор бавленный раствор карбамата аммония насосом 16 подают в колонну 3, где используют в качестве промывной жидкости.

Из верхней части колонны 13 газовая смесь, состоящая из аммиака, двуокиси углерода, во25 дяного пара и инертных компонентов, поступает в конденсатор 1, где, как уже указывалось, проводят только частичную конденсацию. Для того чтобы конденсация проходила по возможности на высоком уровне темпераЗО туры, в конденсатор подают также выходящий из колонны 3 разбавленный раствор карбамата аммония. Для этой цели применяют эжектор 17, в котором рабочим потоком является жидкий аммиак, подаваемый насосом 8. з5 С помощью этого количества аммиака достигают желаемого для оптимальной температуры конденсации соотношения между аммиаком и двуокисью углерода в конденсаторе.

При необходимости можно всасывать нужное

4р количество раствора, содержащего мочевину и карбамат аммония, из реактора 2 с помощью эжектора 17, так как и таким образом можно повысить температуру конденсации в конденсаторе. Этим достигают образования

45 пара по возможности с высокими давлением и температурой, Пример. По приведенной выше схеме получают 100 т мочевины в день, исходя из

56,6 т аммиака и 73,4 т двуокиси углерода.

В конденсаторе 1, реакторе 2 и колонне 13 применяют давление 110 атм, а в реакторе 6—

180 атм.

При давлении 110 атм и температуре 168 С в конденсаторе образуется смесь газа и жидкости, состоящая из 123,8 т аммиака, 115,2 т двуокиси углерода, 18,0 т воды и инертных газов. Эта смесь содержит 15 /о газообразных аммиака и двуокиси углерода. В реакторе

2, где температура 172 С, эти количества вп газов также конденсируют в карбамат аммония и получают 63 т мочевины, соответственно больше, чем 70 /о равновесного количества.

Полученный в реакторе 2 раствор синтеза мочевины состоит (в т) из: 63 мочевины, 75 ам65 миака, 58,1 двуокиси углерода, 36,9 воды, 459887

Йз этого раствора в реакторе 6 при 195 С образуется еще 37 т мочевины, Необходимое для этого тепло получают за счет подачи в этот реактор для получения карбамата аммония свежих аммиака (29 т) и двуокиси углерода (11 т). Общее количество мочевины, выводимой из реактора 6, составляет больше чем

95 /р равновесного количества. Поступающий в отгонную колонну раствор синтеза мочевины имеет следующий состав (в т): 100 мочевины, 83 аммиака, 42 двуокиси углерода, 48 воды. Он содержит еще небольшие количества инертного газа и газообразные аммиак и двуокись углерода.

После понижения давления до 110 атм с помощью редукционного клапана 12 отгонка с 62,4 т двуокиси углерода в колонне 13 дает раствор мочевины следующего состава (в т):

100 мочевины, 10 аммиака, 13 двуокиси углерода, 44,1 воды. Из этой колонны в конденсатор 1 поступает газовая смесь, содержащая (в т): 73 аммиака, 91,4 двуокиси углерода, 3,9 воды и инертных газов. Кроме того, в конденсатор с помощью эжектора 17 вводят

27,6 т аммиака. Эжектор обеспечивает всасывание полученного в колонне 3 разбавленного раствора карбамата аммония, содержащего (в т): 23,2 аммиака, 23,8 двуокиси углерода, 14,1 воды.

Реакторы 2 работают при практически адиабатических условиях. Тепло не вводят и не отводят. Для нагревания колонны 13 применяют насыщенный пар под давлением

25 ати. Необходимое количество пара 77,5т.

Выделяющееся в конденсаторе 1 тепло используют для получения 100 т пара под давлением 3 ати, 80 — 90 т которого применяют в циркуляционной зоне низкого давления и для окончательной обработки. Остается таким

5 образом еще 10 — 20 т пара низкого давления.

Для образования 1 т мочевины необходимо

775 кг пара с давлением 25 ати. При этом получают 100 — 200 кг пара низкого давления для других целей.

1Р

Предмет изобретения

1. Способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при повышенных температуре и давлении с образованием карбамата

I5 аммония, его разложением, отгонкой непрореагировавших при этом аммиака и двуокиси углерода и рециркуляцией последних, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, взаимодействие ам2р миака с двуокисью углерода ведут при давлении 90 — 140 атм, разложение карбамата аммония осуществляют в две стадии, причем первую стадию — при давлении 90 — 140 атм до образования не менее 40% равновесного

25 количества мочевины, а вторую — при давлении 160 атм и выше до получения не менее

85 /о равновесного количества мочевины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разложение карбамата аммония на первой

Зр стадии ведут до образования 70 — 95 /О равновесного количества мочевины.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на вторую стадию разложения карбамата аммония подают свежие аммиак и

35 двуокись углерода.

459887

Составитель Б. Скворцов

Редактор 3. Горбунова Текред T. Миронова

Корректор Н. Учакина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1444/4 Изд. гй 582 Тираж 529 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5