Способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

Союз Соевтсюе

Сецмалмстниаскик

Республик iii 651692

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 28.12.71(21) 1731621/23-04 (23) Приоритет - (32) 31 12.70 (31) 7019056 . (33) Нидерланды

Опубликовано 05.03,79Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 09.03.79 (51) М. Кл, С 07 С 126/02

Гевударетввнкый кввапвт

СССР яв двлвм язвбрвтвеЯ и еткрмтяЯ (53) УДК 661.717.

° 5 (088.8) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕ;ВИНЫ ИЗ АММИАКА

И ДВУОКИСИ УГ/!Е РОДА

Изобретение относится к технологии получения мочевины нз аммиака и двуокиси углерода.

Известен способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при по- б вышенных температурах и давлении с пб- следующим разложением основного количества непрореагировавшего карбамата аммония в нескольких ступенях давления нагреванием и одновременной продувкой 10 свежей двуокисью углерода при давлении .синтеза, переработкой отгоняемых при этом аммиака и дкуокиси углерода в работающем под давлением синтеза койден- саторе в раствор карбамата аммония ре- 15 циркуляцией их в реактор, раэложенйя4""= оставшегося после отгонки в растворе мочевины карбамата аммония при пониженном давлении и переработкой полученных ,аммиака и двуокиси углерода в конденса- 20 торе низкого давления в раствор карбамата .аммония, который репиркулируют через зону конденсации высокого давления йа стадию синтеза, причем из реактора отво-дят содержащую инертные компоненты газовую смесь, иэ которой при давлении синтеза в зоне промывки водой удаляют аммиак и двуокись углерода и полученный при этом раствор также рецнркулируют tlj

Основным недостатком известного спо» соба является использование воды в качестве промывной жидкости при удалении аммиака, двуокиси углерода из газовой смеси, отводимой из реактора, что приводит к дополнительному поступлению воды в зо« ну синтеза, где ее присутствие отрицательно скаэь(вается на равновесной степени превращения «арбамата аммония в мочевину. Снижение степени преврашения приводит" к увелйчеййю йагрузки отпврной колонны и пот ребности в паре высокого давления.

Lleni i0 изобретения является повышение эффективности процесса.

lieni достигается описываемым способом получения мочевины иэ аммиака и двуокиси углерода йри повышенных темпа ратурах и давлении с- последуюшим разло651692 жением основного количества непрореагировавшего карбамата аммония в нескольких ступенях давления и переработкой полученных при этом количеств аммиака и дв oKBc8 углерода: B конденсаторах высокого и низкого давлений в раствор карбамата, рециркуляцией в реактор и выводом иэ него содержащей инертные компоненты газовой смеси, промывкой этой смеси раствором карбамата со ступени низкого дав- 1О ленин для удаления аммиака и двуокиси углерода и водом полученного при этом раствора вместе с реакционной массой, отводимой из нижней четверти реактора, s конденсатор высокого давления при по- 15 мощи свежего аммиака в количестве 40100% в пересчете на общее количество аммиака, подаваемого на. синтез.

Отличительные признаки способа состоят в том, что содержащую инертные ком 20 аоненты газовую смесь из реактсра промывают раствором карбамата со ступени низкого давления и получечный при этом раствор вместе с реакционной массой, отводимой из нижней четверти реактора, вводят в конденсатор высокого давления при помощь свежего аммиака в количестве 40100% в пересчете на общее количество аммиака, подаваемою на синтез.

Предлагаемый способ позволяет за счет снижения подачи воды в нижнюю часть реактора синтеза повысить степень превращения карбамата в мочевину на 2-3%, что,в свою очередь, сэкономит примерно

75 кг пара высокого давления на 1 т вы35

: пускаемой мочевины.

Это возможно благодаря использованию энергии свежего аммиака для подачи нагретого раствора карбамата аммония из колонны промывки газовой смеси, выходящей из реактора.

Освобождаемую ва время промывки раствором карбамата теплоту абсорбции и конденсации применяют для нагревания этого раствора до температуры равновесия,.желательной в зоне конденсации. В результате о сравнению с известным способом высвобождается гораздо более значительная часть тепла в зоне конденсации, которую исполюуют для производства и нагревания технологических паров.

Иа чертеже изображена схема установки для реализации предлагаемого способа.

В синтез-реакторе 1 образуется раствор, содержащий, кроме мочевины и воды, карбамат аммония и свободный аммиак.

Это раствор по сливному. трубопроводу 2 .подаюФ в отпарную квлонну 3, к которой косвенно подводят тепло, например при помощи пара. В этой колонне синтез-раствор отгоняют, приводя его в контакт с подаваемой по трубопроводу 4 газообразной двуокисью углерода. Обработка отгонкой приводит к тому, что основная часть имеющегося карбамата аммония разлагается на аммиак и двуокись углерода, причем освобожденные и растворенные газы вытесняются из раствора. Подвергнутый отгон ке раствор выходит иэ колонны 3 по I ðóáoпроводу 5, расширяется в редукционном клапане 6 и затем поступает в ректификационную колонну 7, где выделяется освободившаяся во время расширения газовая смесь. Продукт из низа колонны 7 нагре веют в теплообменнике 8 с тем, чтобы диссоциировать еще имеющийся в нем карбамат аммония. Освобожденные таким образом дополнительные количества газообразных аммиака и двуокиси углерода выделяют в сепараторе 9 вместе в тем количеством водяного пара, которое находи1 ся в равновесии с ними при данных условиях.

Указанную выше газовую смесь подают в нижнюю зону колонны 7 по трубопроводу 10, Восходящую в этой колоние газовую смесь охлаждают с помощью нисходящего реакционного раствора из колонны 3, в результате чего значительная честь содержЪщегося в газовой фазе водяного парс конденсируется и удаляется из колонны вместе с растворенной фазой. Вы" водимый из сепаратора 9 раствор мочевины подают по трубопроводу 11 в последу ющую зону обработки, например в зону для выпаривания или кристаллизации.

Выходящую из верхней части колонны

7 газовую смесь, состоящую из аммиака, двуокиси углерода и водяного пара, по. трубопроводу 12, по возможности, вместе с некоторым количеством водной гехнологической жидкости, подводимым по трубопроводу 13, подают, в конденсатор

14, где образуется разбавленный раствор карбамата аммония. Затем этот раствор посредством насоса 15 перекачивают по трубопроводу 3,6 в находящую под высоким давлением зону установки.

Газовую смесь, состоящую иэ аммиака, двуокиси углерода и водяного пара, удаля-. ют из верхней части колонны 3 по трубопроводу 17 и по меньшей мере частично конденсируют в конденсаторе 18. Полученную таким образом смесь из водного раствора карбамата аммония, свободного газообразного аммиака и двуокиси углеро661692 да по трубопроводу 19 направляют в нижнюю зону синтез-реактора 1. Требуемое в этом реакгоре количество свежего аммиака подают в него по трубопроводам

20 и 21. 8 синтез-реакторе 1 завершают образование карбамага аммония, после чего массу карбамата аммония также превращают в мочевину и воду (1 моль воды на 1 моль мочевины).

Инертные газообразные компоненты со- 1î бираются в верхней части синтез«реактора 1, как и значительные количества газообразного аммиака и двуокиси углерода.

С целью рекуперации этих полезных компонентов эту газовую смесь по трубопроводу 22 направляют в промывную колонну

23, которую орошают разбавленным раствором карбамага аммония, подаваемым по трубопроводу 16 из системы низкого давления. Для орошения можно также исполь- > зовать и раствор кербамата аммония, подаваемый по трубопроводу 24 из установки для получения мепамина. Почти все количество содержащихся в инертной газовой смеси аммиака и двуокиси углерода растворяют и конденсируют в этой промыв» ной жидкости, Часть теплоты абсорбции, а также полученную таким образом теплоту конденсации удаляют с помощью охлаждающей жидкости, протекающей через змеевик 25, в достаточном количестве, так что тел пературу раствора карбамата аммония, подаваемого в конденсатор 18 по трубопроводу 26, почти доводят до желаемой температуры конденсации. Остаток инертной газовой смеси, который не был конденсирован, выгружают через трубопровод 27 и расширительный клапан 28.

Разница по высоте между уровнем жидкости в нижней части колонны 23 и входЩ ным отверстием конденсатора 18 не обеспечивает, однако, создания гидросгагичес= кого давления, достаточного для того,чтобы раствор карбамата аммония, как это необходимо, поступал вниз иэ колонны 23

45 в конденсатор 18. С другой стороны, с целью достижения оптимальной температуры равновесия желательно поддерживать молярное соотношение между аммиаком и двуокисью углерода в конденсаторе 18 на определенном уровне под заданным давлением. Йля этого необходимую для синтеза мочевины часть аммиака подают в конденсатор 18 по трубопроводу 29.

Давление жидкого аммиака, подаваемого по трубопроводу 29, при помощи струй;ного насоса 30 используют в предлагаемом способе для компенсации разницы между гидросгатическими давлениями в колонне

23 и конденсаторе 18, а также для пгсасывания небольшого количества имеющейся в синтез-реакторе 1 жидкой смеси по трубопроводу 31. Эффект такой гехнологии, выгодно влияющий на производительность конденсатора, зависит, однако, D7 степени превращения мочевипы, которого достигают в содержащемся B синтез-реакторе 1 растворе до того момента, когда последний удаляют из этого реактора и отсасывают по трубопроводу 31.

Если трубопровод 31 соединяют с нижней частью синтез-реактора 1, го концентрация мочевины будет низкой, и, следовательно, температура конденсации повысится лишь незначительно.

С другой стороны, если раствор отсасывают из верхней части синтез-реактора

1, го температура конденсации действительно значительно повышаегся, а освобождаемое тепло отводят по меньшей поверхности теплопередачи. В результате того, что все количество мочевины в удаляемом из синтез-реактора 1 растворе по трубопроводу 19 опять возвращается в нижнюю часть этого реактора вместе с образовавшейся в конденсаторе 18 газо-жидкой смесью, содержащей карбамаг аммония, вызывается дополнительный эффект смешения.

Такой эффект заметно снижаег превращение карбамата аммония в мочевину в синтез-реакторе 1.

Согласно предлагаемому способу раствор огсасываюг из нижней четверги синтез»реактора 1. Это позволяет использовать теплоту конденсации на более высоком температурном уровне благодаря гому, по карбамат аммония растворяется в мочевине и при этом выделяется дополнительное количество тепла. Й результате возможно умекьшение йа 15% но сравн- нию с известным способом поверхности геплопередачи в конденсаторе высокого давления и соответственное повышение его производительности, Пример. Из работающего при 180»

183 С и 140 атм синтез-реактора 1 по трубопроводу 2 отводят смесь состава, кг/г: 40700 аммиака, 24000 двуокиси углерода, 41700 мочевины и 19600 во ды, которую подают в колонну 3, куда по трубопроводу 4 вводят под давлением

140 атм смесь состава: 30600 кг/ч двуокиси углерода и 1180 кг/ч инертных компонентов. Б этой колонне большое ко« личество непрореагировавшего карбамата аммония разлагают на аммиак н двуокись

7 6816 углерода нри температуре 180-185 С и давлении синтеза. Из нижней части ко лонны 3 по трубопроводу 5 отводят смесь, температура которой 160 С, давление

О

140 атм, состава, кг/ч . 4700 аммиака, 5780 двуокиси углерода, 41700 мочевины и 16900 воды, которую после понижения давления до 3,5 атм эа счет пропускания через клапан 6 подают в колонну 7.

В последней отделяют газы, образовавшиеся в результате снижени давления. Иэ нижней части колонны 7 отводят смесь температурой 111 С состава, кг/ч. 2600 аммиака, 1990 двуокиси углерода, 41700 мочевины и 18080 воды, которую в теп- 15 лообменнике 8 нагревают до температуры о порядка 135 С для разЛожения остаточного количества непрореагировавшего карбамата аммония на аммиак и двуокись углерЬда. Выделяющиеся при этом 1840 кг/ч® аммиака, 1830 кг/ч двуокиси углерода и

3080 кг/ч водяного пара отделяют в се параторе 9 и эту смесь температурой о

135 С при давлении 3,5 атм по трубопроводу 10 подают в нижнюю часть колон- 5 "ны 7. По трубопроводу 11 отводят Смесь состава, кг/ч: 760 аммиака, 160 двуокиси углерода, 41700 мочевины и 15000 воды, которую направляют на стадию выделения мочевины.

Из верхней части колонны 7 выводят газовую смесь состава, кг/ч: 3940 амми» ака, 5620 двуокиси углерода и 1900 водяного пара. Эту смесь температурой о

108 С подают в конденсатор 14, в который по трубопроводу 13 поступает смесь состава, кг/ч: 760 аммиака, 160 двуокиси углерода и 2500 воды. Иэ конде«сао тора 14 отводят смесь температурой 80С состава, кг/ч: 4700 аммиака, 5780 двуокиси углерода и 4400 воды, которую насосом 15 по трубопроводу .16 подаютв колонну 23.

Из верхней части колонны 3 отводят при температуре 180 С и давлении 140 о 45 атм газовую смесь состава, кг/ч: 36000 аммиака, 48820 двуокиси углерода, 2700 водяного пара и 1180 инертных компонен тов., По трубопроводу 17 эту смесь" пода

50 ют в конденсатор 18, из нижней части которого выводит смесь водного раство» ра карбамата аммония с несвязанными ам» миаком и двуокисью углерода. Эту смесь температурой 173 С при давлении 140 б

55 атм состава, кг/ч: 64610 аммиака, 65300 двуокиси углерода, 2980 мочеви ны, 9624 воды и 1180 инертных компонентов по трубопроводу 19 вводят в нижнюю часть синтез-реактора 1. Кроме того, в нижнюю часть этого реактора по трубопроводу 21 подают 12000 кг/ч аммиака под давлением 140 атм. Иэ верхней части синтез-реактора 1 отводят газовую смесь состава, кг/ч: 4630 аммиака, 3620 двуокиси углерода, 264 водяного пара и 1180 инертных компонентов, которую промывают смесью, подаваемой по трубопроводу 16. Выделяющееся во время промывки тепло удаляют хладагентом, циркулирующим через змеевик

25. Из верхней части колонны 23 отводят 1180 кг/ч инертных компонентов под давлением 140 атм, которые удаляют из процесса через трубопровод 27 и клапан

28..

Из нижней части колонны 23 по трубопроводу 26 отводят смесь, температура которой 170 С, даинение 140 атм, состава, кг/ч: 9330 аммиака, 9400 двуоки си углерода и 4664 воды, которую вместе с реакционной массой состава, кг/ч:

7680 аммиака, 7080 двуокиси углерода, 2980 мочевины и 2260. воды, выводимой из нижней четверти реактора по трубопро воду 31, подают в конденсатор 18 через струйный насос 30, в которой по трубопроводу 29 и через насос 30 также вводят остальное количество (11600 кг/г) аммиака под давлением 200 атм.

Форму ла изобретения

Способ получения мочевины иэ аммиака и двуокиси углерода при повышенных температурах и давлении с последующим разложением основного количества непрореагировавшего карбамата аммония в не скольких ступенях давления и переработ кой полученных при этом количеств ам миака и двуокиси углерода в конденсаторах высокого и низкого давлений в раствор карбамата, рециркуляцией их в реактор и выводом из него содержащей инертные компоненты газовой смеси, иэ кото рой удаляют аммиак и двуокись углерода в промывной зоне, последующей рециркуляцией полученного при этом раствора, oz ëè÷àþùèéñè тем,что,сцелью повышения эффективности процесса, содержащую инертные компоненты газовую смесь иэ реактора промывают раствором карбамата со ступени низкого давления и полученный при этом раствор вместе с реакционной массой, отводимой из нижней четверти реактора, вводят в конденсатор

651692

77 р

Составитель В. Жидкова

Редактор 3. Бородкина Техред 3 Фа„. Корректор В. Куприянов

Заказ 838/57 Тираж 512 Подписное

1ЛНИИПИ 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 высокого давления при помощи свежего аммиака в количестве 40-100% в пересчете на обшее количество аммиака, по даваемого на синтез.

Источники информадии, принятые во внимание при экспертизе

1. European Ghernica6 News Urea

Supp ernen t, Janvar,17, < 7 (496 9)