Способ получения мочевины

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН Ия

1ь ПАТЕНТУ

Сова Советских

Социалистических

Республик и 971093

Ф

Г (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлеио 22.09.76 (21) 2402956/2З вЂ” 04 (23) Приоритет — (32) 22 09.75 (31) 50 — 113709 (33) CIA (51) М. Кл.

С 07 С 126/02

Государстееииый комитет сссР

Опубликовано 30.10.82. БюллЕтень № 40

Дата опубликования описания 30.10.82 (53) VQK 661.717..5.07 (088.8) оо делам изобретений и открытий

Иностранцы

Хироси Оно и Сигеру Иноуэ (Япония) (72) Авторы изобретения

У (1

1 !,., Иностранная фирма

"Мицуи Тоацу Кемикалэ Инкорпорейтед" (Япония ) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ

Изобретение относится к способу получения! мочевины из двуокиси углерода и аммиака, в частности к усовершенствованию стадии отделения непрореагировавшнх компонентов из потока синтезированной мочевины и последующего

;возвращения их на стадию синтеза.

Известен способ получения мочевины из двуокиси углерода и аммиака, согласно которому процесс ведут при 180 — 210 С и давлении 150—

400 кг/см с последующим отделением и ре- 1О циклом непрореагировавших компонентов на стадию синтеза. Обычно непрореагировавшие компоненты, содержащие избыток аммиака, углекислый газ и воду, рециркулируют или в виде газовой фазы, для чего непрореагиро- 1я вавшие компоненты подвергают сжатию, или в виде раствора, который получают путем конденсации или адсорбции водным адсорбентом (1).

Рециркуляция непрореагировавших компонентов в виде газа имеет ряд преимуществ: снижены потери тепла на стадии извлечения непрореагировавших компонентов и тепло необходимое для этого получают в виде водяного пара из зоны синтеза мочевнны, где об поддерживается повышенная температура, поскольку непрореагировавшие материалы рециркулируют в зону синтеза мочевктты в виде газовой смеси, имеющей высокую температуру.

В то же время этот способ рециркуляции имеет и существеннью недостатки, основным из кото рых является значительная потребность в энергии на сжатие газовой смеси и трудности конструкционного характера, поскольку подвергаемая сжатию газовая смесь очень коррозионно опасна и имеет высокую температуру. Снижать температуру газовой смеси при ее сжатии нельзя, поскольку при понижении температуры может начаться конденсация и отверждение карбамата аммония, что может вызвать выход из строя компрессионной аппаратуры. . При рециркуляции раствора затрачивается значительно меньше энергии на сжатие раствора до давления синтеза мочевины, однако в этом случае значительны потери тепловой энергии.

Последние вызваны тем, что конденсация или абсорбция сильно нагретой газовой смеси требует эффективного охлаждения. Теплота конденсации или абсорбция непрореагировавших компонентов может быть использована в теплообменнике, однако эффективность использованного тепла очень невелика.

Бель изобретения — снижение энергетических затрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при 180 — 185 С и давлении.

160 — 180 кг/см с последующим отделением и,рециклом непрореагировавших компонентов на стадию. синтеза процесс проводят при мольном со- 1Î отношении аммиака к двуокиси углерода 5:1—

12:1 с последующим отделением непрореагировавших компонентов при температуре на 5 — 25 С и давлении на 0,5 — 5 кг/см, превышающих тем: пературу и давление в зоне синтеза, и конден сацией 20 — 90 o отделившейся газовой смеси с по- следующим раздельным рециклом .газовой смеси и конденсата в зону синтеза.

На чертеже приведена схема, поясняющая р11 предлагаемый способ.

Исходные аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления. тепла по трубопроводам 2 и 3 соответственно. В зоне 1 восстановления тепла поддерживают давление на 0,1 кг/см э5 или более выше, чем давление в зоне 4 синтеза мочевины, и температуру синтеза мочевины. В зоне 1 восстановления тепла исходные аммиак и двуокись углерода вступают в реакцию друг с другом с образованием карбамата аммония, во время которой выделяется тепло, при этом часть этого тепла используют для проведения операции в зоне 4 синтеза мочевины, а другую часть отводят с паром. Зона 1 восстановления телла связана трубопроводом 5 с зоной

4 синтеза мочевины, в которой поддерживают температуру 180 — 185 C и давление 160

180 кг/см . Поток синтезированной мочевины из зоны 4 синтеза мочевины через выходное отверстие по трубопроводу 6 проходит к насосу

7, в котором его давление возрастает на

0,2 кг/ем или более.

Сжатый таким образом раствор поступает в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9. Сепаратор 8 высокого давления работает под давлением на 0,5 кг/смз или более вы- 45 ше, чем давление в зоне 1 восстановления тепла, и нагревается горячей жидкостью, поступающей по трубопроводу 10 и отводимой по трубопроводу 11. Непрореагировавшие материалы отделяют в сепараторе 8 высокого давления от пото- 5О ка синтезированной, мочевины в виде газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяного пара и подают- в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. В то же время- поток сннтезированной мочевины, из кото- 55 рого были выделены непрореагировавшие Материальг, последовательно поступает по трубопро воду. 13 сначала в сепаратор 14 среднего давле 971093 4 ния, а затем в сепаратор 15 низкого давления для отделения иэ него небольших количеств оставшихся непрореагировавших компонентов и в заключение отводится по трубопроводу 16 в виде водного раствора мочевины, содержащего лишь следы непрореагировавших компонентов.

Так, в сепараторе 14 среднего давления, в котором поддерживается давление 14 — 18 кг/см и температура 140 — 170 С, отделяют 20 — 90 o не прореагировавших веществ из потока синтезированной мочевины и выводят их по трубопроводу 17 в вцце газовой смеси углекислого газа, аммиака. и водяных паров. Поток синтезированной мочевины, из которого таким образом отделили непрореагировавшие продукты, по трубопроводу 18 подают в сепаратор 15 низкого давления, в котором .все непрореагировавшие компоненты отделяют от потока синтезированной мочевины. Полученный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16.

В сепараторе низкого давления поддерживают температуру 110 — 145 С и давление в пределах

0,05 — 3,5 кг/см, при этом смешанный газ из двуокиси углерода, аммиака и водяных паров отделяют способом, описанном выше.

Газовую смесь, отделенную в сепараторе низкого давления, подают затем по трубопроводу 19 в конденсатор 20 низкого давления, в котором гаэ охлаждают до 30 — 60 С для конденсации и образования водного раствора, содержащего карбамат аммония; Водный раствор подвергают сжатию и подают в конденсатор 21 умеренного давления с помощью насоса 22. В конденсаторе 21 умеренного давления смененный газ, поступающий по трубопроводу

17 и состоящий из двуокиси углерода, аммиака и водяных паров, абсорбируется при 50—

120 С. Полученный раствор возвращают затем в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 23 с помощью насоса 24.

Пример 1. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи

56,8 т/день и 74,0 т/день соответственно, а затем по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими материалами по трубопроводам 12 и 23. В зоне синтеза мочевины устанавливают температуру 185 С и давление 180 кг/см . Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 102,1; карбамат аммония

43,4; аммиак (ННэ..С02= 5 05)117,1; вода

47,1;: биурет 0,4. Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7 где его давление возрастает до 183 кг/см, а затем в сепаратор высокого давления по трубопроводу 9.

В сепараторе высокого давления поддерживают температуру 195 С и давление 188 кг/см .

9710 воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством пара с давлением 25 кг/см . Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав. вес. ч.: мочевина 101,3; аммиак 15,4; вода

39,0; карбамат аммония 6,4; биурет 0,2.

Поток синтезированной мочевнны поступает в сепаратор 14 среднего давления, в котором под держивают температуру 170 С и давление

18 кг/см для отделения большей части оставшихся непрореагировавших компонентов иэ потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140 С и давление 0,5 кг/ем для отделения всех остаточных непрореагировавших . материалов. Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16.

В то же время отделенные непрореагировавшие низкого давления н далее в конденсаторе 21 умеренного давления и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 6,9 вес. ч; карбамата аммония, 15;5 вес. ч. аммиака и 8,5 вес. ч. воды.

Количество конденсата-в смеси газа, содержа щего аммиак, двуокись углерода и воду, в тепловой зоне 1 восстановления составляет примерно 90 вес.%. Полученный конденсат и оставшиися смешанныи газ рециркулируют в зону

4 синтеза мочевины по трубопроводу 5.

Пример 3. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи

56,8 т/день и 74 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими компонентами по трубопроводам 12 и 23. В зоне сизттеза мочевины устанавливают температуру

185 С и давление 180 кг/см . Поток синтези- рованной мочевины иэ зоны синтеза мочевины имеет следующий состав, вес.ч.: мочевина 101,5; карбамат аммония 45,6; аммиак (NH3.Ñ0 =

5,07) 118,4; вода 50,9; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастает до 180,5 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу

9.

В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 190 С и давление 180,5 кг/ем

В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 63 т/день аммиака, 4,9 т/день двуокиси углерода и 4,3 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 подцерживают в нагретом состоянии посредством 25 кг/см пара.

5 93 6

В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 107,2 т/день аммиака, 67 т/день двуокиси углерода и 5,5 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Степень конденсации смешанного газа, содержащего аммиак, двуокись углерода и воду, составляет около 80 вес.% в зоне 1 восстановления тепла, а полученный конденсат. и оставшийся смешанный газ рециркулируют в зону 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5. tO

Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством пара с давлением 20 кг/см .

Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина . 100,4; аммиак 15, 14,9; вода 41,2; карбамат аммония 33,5; биурет 0,6. Поток синтезированной мочевинь1 по-: ступает в сепаратор 14 среднегс- давления, в котором поддерживают температуру 170 С и давление 18 кг/см для отделения большей 20 части оставшихся непрореагировавших материа- материалы конденсируют в конденсаторе 20 лов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140 С и давление 0,5 кг/см для отделения всех остаточных непрореагиро- 2S вавших компонентов. Полученный 76%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в з конденсаторе 21 умеренного давления и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 33,7 вес. ч. карбамата аммония, 15,4 вес. ч. аммиака и 10,8 вес. ч. воды.

Пример 2. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 прн скорости подачи

57,2 т/день и 74 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими материалами по трубопроводам 12 и 23. В зоне синтеза мочевины устанавливают температуру

180 С и давление 169 кг/см . Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 102; карбамат аммония 16,3; аммиак (ЯНз.СО =

11,5) 308,5; вода 65,0; бнурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастает до 171 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9.

В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 200 С и давление

171 кг/см . В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 297,7 т/день аммиака, 6,0 т/день двуокиси углерода н 25,9 т/день

971093

Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следую.-. щий состав вес. ч.: мочевина 1004; аммиак

59,2; вода 463; карбамат аммония 38,3; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины 5 поступает s сепаратор 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру 170 С и давление 18 кг/см для отделения большей части оставшихся непрореагировавших материалов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140 С и давление 0,5 кг/см для отделения всех остаточных непрореагиров.вавших компонентов. Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время. отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее ,в конденсаторе 21 умеренного давления (степень конденсации 88%) и конденсат ло трубо- 2О проводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 37,6 вес.ч. карбамата аммония, 59,6 вес.ч. аммиака и 16,1 вес. ч. воды.

Пример 4. Аммиак и двуокись углеро- 25 да подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи

56 8 т/день и 74 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими ком-.Зо понентами по трубопроводам 12 и 23. В зоне

4 синтеза мочевины устанавливают температуру /

180 С и давление 160 кг/см . Поток синтезированной мочевины из . зоны синтеза мочеви. ны имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина

102,1; карбамат аммония 45,2; аммиак (йНз:С02= 5,5) 135,7; вода 55,3; биурет 0,1.

Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастает до 165 кг/см, а затем поток поступщ13 ет в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9.

В сепараторе 8 высокого давления поддер-. живают температуру 205 С и давление

165 кг/см . В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 122,9 т/день аммиака, 20,4 т/день двуокиси углерода и 12,,9 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством

25 кг/см пара. Поток синтезированной моче- . вины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевнна 300,1; аммиак 286; вода 41,8; карбамат аммония 11,5; биурет 0,2. Поток синтезированной мочевины поступает в сепаратор 14

55 среднего давления, в котором поддерживают имиературу 170 С и давление 18 кг/см для отделенйя большей части оставшихся непроРеагировавших компонентов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140 С и давление

0,5 кг/см для отделения всех остаточных непрореагировавших материалов. Полученный

77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного давления (степень конденсации 84%) и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 10,6 вес. ч. карбамата аммония, 29,0 вес. ч. аммиака и 11,8 вес. ч. воды.

Пример 5. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи 57,2 т/день и 74,1 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону

4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими материалами по трубопроводам 12 и

23. В зоне 4 синтеза мочевины устанавливают температуру 180 С и давление 169 кг/см .

Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза мочевины имеет следующий состав, вес; ч.у мочевина 102,0; карбамат аммония

16,3; аммиак (МНз .СО2 = 5,07) 308,5; вода

65,0; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает-по трубопроводу 6 к насосу

7, где его давление возрастает до 171 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления цо трубопроводу 9.

В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 185 С и давление 171 кг/см

В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 194,5 т/день аммиака, 1,8 т/день двуокиси углерода и 14,5 т/день воды и возвращают в зону

1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством 24 кг/см пара. Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 101,9; аммиак 115,4; вода

50 5; карбамат аммония 13,1; биурет 0,1.

Поток синтезированной мочевины поступает в сепаратор 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру 170 С и давление

18 кг/см для отделения большей части оставшихся непрореагировавших материалов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру

140 С и давление 0,5 кг/см для отделения всех остаточных непрореагировавших материалов.

Полученный 77%-ный водный. раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время отделенные непрореагировавшие материалы конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного

9 97!093 10 давления и конденсат ло трубопроводу 23 ре- в тепловой зоне 1 восстановления составляет, циркулируют в зону 1 восстановления тепла примерно 23 вес.%. Полученный конденсат и в виде водного раствора, состоящего нз оставшийся смешанный газ рециркулируют в зо-.

14,4 вес. ч. карбамата аммония, 115,4 вес. ч. ну 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5. аммиака и 19,9 вес. ч. воды. 5 В табл; 1 и 2 приведены сравнительные

Количество конденсата в смеси газа, сойеР- данные, характеризующие предлагаемый и иэжащего аммиак, двуокись углерода и воду, вестный способы.

t Таблица 1

Способ

МИЦУИ вЂ ТОА TR — С (улучш.) Менее 0,8

СТАМИ (удаление СО ) Менее 0,9

0,75

СНАМ (удаление N H q ) Способ согласно изобретению

Менее 0,6

Таблица 2, Потребление пара, т/т мочевины

Электроэнергия, кВт. ч/т мочевины

Способ

Потребление

Образование пара (низкое давление) МИЦУИ

155

0,9

145

105

0,25

СТАМИ

110

О.

СНАМ

1,05

МОНТЕ ЭДИСОН 1,10

140

0,25

Предлагаемый способ 0,70

150

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кучерявый В. И., Лебедев В. В. Синтез и применение карбамида. Л., "Химия", 1970. с. 187 — 208.

И gmtx таблиц вид о, что Hpegmae N45 способ имеет преимущество перед известными способами не только в отношении качества мочевины, определяемого содержанием агломератов, но и в отношении экономии водяного пара, 50

Способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при температуре 180 — 185oC и давлении !60 — 180 кг/см с последующим

2 S5 отделением и рецнклом непрореагнровавших компонентов на стадию синтеза, о т л и ч а ю. шийся тем, что, с целью снижения энерге- тических затрат, последний проводят при мольном соотношении аммиака к двуокиси углерода 5:1 — 12:1 с последующим отделением ненрореагировавших компонентов при температуре на

5 — 25 С и давлении на 0,5 — 5 кг/см, превышающих температуру и давление в зоне синтеза мочевины, и конденсацией 20 — 90% отделившейся .газовой смеси с последующиМ раздельным рециклом.газовой смеси и конденсата в зону синтеза.

971093

Составитель В. Жестков

Техред И.Гайду;

Редактор В. Петраш

Корректор С. Шекмар

Тираж 445

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8444/79

Подписное

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