Способ получения мочевины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК з(50 С 07 С 126/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ"Химия", 1970, с. 187-208.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2608603/23-04,кл. С 07 С 126/02, 1978 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫиз аммиака и двуокиси углерода в двух.соединенных последовательно зонахпри повышенных температуре и давлении и средней линейной скоростидвижения реакционной смеси 0,020,3 м/с в первой зоне и температуре 180-200 С и давлении 180-210 атмво второй зоне с последующей рециркуляцией непрореагировавших веществ,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения производительности,процесс в первой зоне осуществляютпри давлении 210-460 атм, поддерживая температуру в начале первойзоны 160-170 С, а на выходе иэ этойэоны 190-230 С.111337 ФИзобретение относится к усовершенствованному способу получения мочевины из аммиака и двуокиси углеро- да.Известен способ получения моче- нины путем синтеза ее нз аммиака и двуокиси углерода с полным жидкостным рециклом непрореагировавшего сырья в виде водного раствора углеанионнйных солей - УАС 11.Однако этот способ характеризуется сравнительно низкими значениями степени превращения С 02 (Х) и удельной производительности реакционного объема (П), что обусловливает необ ходимость сооружения колонн синтеза с большим реакционным объемом и высокие энергозатраты на переработку непрореагировавшего сырья.Наиболее близким к предлагаемому 20 по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода, согласно которому процесс осуществляют в двух соединенных по следовательно зонах с рециркуляцией непрореагировавших веществ, причем в первой зоне процесс ведут при температуре 160-220 оС и давлении 140-420 атм, поддерживают продолжительность пребывания реакционной смеси 0,5-10 мин и среднюю линейную скорость ее движения О, 02-0, 30 м/с 1 а во второй зоне процесс ведут при температуре 160-420 С и давленииО140-420 ать 10-30 мин. Этот способсодержит технологические приемы, которые позволяют оптимизировать хинетически е, гидр одинамичеокие и термодинамические факторы и в ре зультате увеличить удельную производительность узла синтеза в 1,5 - 3 раза с повышением степени превращения 2 .Обеспечиваемая известным способом удельная производительность узла синтеза ограничена и по своему уровню существенно ниже установленных лабораторными исследованиями максимальных значений П (не превышает по узлу синтеза 1100 кг/мч). На величину П большое влияние оказывают температура Я) и давление. В известном способе возможности интенсификации процесса 55 путем увеличения Р сверх обычно, принятого около 200 кгс/см лимитируются во-первых, резким возраста 7 гнием (при повышении давления) сложности изготовления и стоимости имеющего наибольший объем и наиболее металлоемкого реактора для второй стадии процесса синтеза. Во-вторых, ограниченный уровень Р не позволяет интенсифицировать путем повышениясверх 200-210 С процесс в первой зоне синтеза, от которой в основном зависит удельная производительность узла.Цель изобретения - повьппение производительности процесса.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения . мочевины иэ аммиака и двуокиси углерода в двух соединенных последовательно зонах при повышенных температуре и давлении и средней линейной скорости движения реакционной смеси 0,02-0,3 м/с в первой зоне и температуре 180-200 С и давлении 180 - , 210 атм во второй зоне с последующей рециркуляцией непрореагировавших веществ, процесс в первой зоне осуществляют при давлении 210-460 атм, поддерживая температуру в начале первой зоны 160-170 С, а на выходеоиэ этой зоны 190-230 С.Если вести процесс при давлении, устанавливающемся самопроизвольно, без каких-либо внешних воздействий в статических условиях с перемешиванием реакционной смеси, т.е. сопряженным с температурой Я) процесса, то карбамат аммония иэ газообразных 8 Ни СО образуется столь ин 2тенсивно, что скорость увеличения (Х) определяется в основном реакцией дегидратацни карбамата аммония,Образующиеся СО(БН)2 и Н 20 вследствие высокого сродства к аммиаку существенно снижают летучесть БН, что способствует его конденсации. К тому же, собственная летучесть СО(БН 2) 2 и Н 20 по сравнению с летучестью БН 4 СО БН 2 пренебрежимо мала. Поэтому с ростом Х и при С=сопзС ,величина Р резко падает.Согласно изебретению в первой зоне синтеза предусматривается поддержание давления на уровне сопря-. женного с. температурой давления (или несколько выше) при повьппении температуры межцу началом процесса и выходом реакционной смеси из зоны от 160 до 230 С. Низкая температура в начале зоны позволяет с высокой111337 25 Нижнее значение интервала температуры реакционной смеси на выходе 45 из первой зоны (90 С) соответствует0минимальному значенчю ь, лри котором после осуществления процесса образования карбамата аммония на начальном участке первой зоны при 50 160-170 С и подогрева реакционной смеси наблюдается высокая интенсивность синтеза мочевины (за 1 мин степень превращения СО достигает 40 Ж и выше). Верхнее значение (230 С)550 установлено с учетом того, что вблизи критической температуры (235-245 фС) равновесное значение Х интенсивностью осуществлять конденсацию газообразного сырья с образованием БН 4 С 02 МН 2 при сравнительно низком давлении, так как низкой Ф соответствует низкое сопряженное 9 . Далее с плавным ростом температуры за счет подогрева реакционной смеси повышается глубина превращения ИН 4 СО ИН 2 в мочевину (Х).Одновременно увеличивающиеся 1 и Х 1 О оказывают противоположное воздействие на сопряженное 1, вследствие чего сопряженное давление с увеличением температуры изменяется мало. Наконец, максимально высокая 15 температура (до 230 С) в конце зоны обеспечивает достижение высоких значений Х (40-607) в минимально короткий срок и не вызывает резкого роста сопряженного давления. Пред О лагаемый температурный режим процесса в первой зоне при поддержании сопряженного с температурой давления в этой зоне обеспечивают большое повышение интенсивности процесса при снижении требуемого в первой зоне давления. За счет снижения Р упрощается. производство, снижаются энергетические и капитальные затраты. 30Температуру в начале первой зоны целесообразно поддерживать 160170 С, так как для интенсивной конденсации газообразного сырья при этой температуре требуется сравнительно низкое сопряженное давление. Более высокая температура нецелесообразна из-за существенного возраста-, ния сопряженного Р . Более низкая температура неприемлема, так как ста 40 новится недопустимо малой скорость реакции дегидратации карбамата аммония. 7 4резко уменьшается (в критической точке равновесное значение Х=О), т.е. резко снижается движущая сила процесса.Согласно изобретению, температуру в начале первой зоны синтеза на уровне 160-170 С можно поддерживатьоаВтотермически путем подбора соответствующих значений 1 исходньм реагентов перед подачей. в первый аппарат синтеза. Однако изобретение можно использовать и в случае, если теплосодержание исходных реагентов вьппе, чем требуется для поддержания заданной температуры в начале первой зоны синтеза. При таких условиях температуру 160-170 С поддеро живают путем снятия избыточного тепла с помощью хладоагента (например паровым конденсатом с продуцированием пара давлением около 2 - 3 кгс/см)Давление в первой зоне при выбранном температурном режиме устанавливают в соответствии с данными об упругости насыщенного пара карбамата аммония и изменении давления при синтезе мочевины в зависимости от глубины протекания процесса. Давление во второй зоне синтеза поддерживают на обычном уровне например 190 -Э230 кгс/см, т.е. оно может совпадать с давлением первой зоны либо будет ниже последнего.На чертеже изображена принципиальная схема получения мочевины.Пример 1. В первую зону синтеза 1, реакционный объем которой 1,95 м подают, кг/ч: аммиак (по 1ток 2) 40200; двуокись углерода (поток 3) 22900,ф рециркулируемый раствор углеаммонийных солей (поток 4) 29600 в тол числе НН 11800 СО 10800 мочевина 4300; вода 2700. Процесс ведут при давлении 460 кгс/см Температура реакционной смеси в начале первой зоны синтеза 170 С на выходе из зоны за счет доУО полнительного подогрева 230 С, средняя линейная скорость движения 0,17 м/с, время пребывания 1 мин. При этих условиях в первой зоне степень превращения СО 60,5 Х; удельная производительность 14 100 кг/м ч,.аПоток 5,выводимый из первой реакционной зоны 1 во вторую зону 6, содержит, кг/ч: МН 36300; СО 13300 СО(КНд) 32000," НО 11100 (всего 92700). 11 араметры процесса5 11во второй зоне следующие; давлениеД200 кгс/см 2, температура 190 С, средняя линейная скорость движения реакционной смеси 0,02 м/с, времяпребывания 8,3 мин. Объем реакторавторой ступени 16,3 м, Из узла син -5теза выводят плав (поток 7), содержащий кг/ч; ИН 3 34300 у СО 2 10800,"СО(ИН 2)2 35500 Н 20 12100, Степеньконверсии СО 2 682, удельная производительность реакционного объемавторой зоны 210 кг/м,ч, а узла син 3теза в целом - 1710 кг/м ч,3П р и м е р 2. В первую зонусинтеза 1, реакционный объекткоторой 1,95 м кг/ч: подают аммиак(поток 3) 2900 ф рециркулируемыйраствор углеаммонийных солей (поток 4) 29600в том числе ИН 311800 ф СО 2 10800; мочевина 4300,вода 2700. Процесс ведут при давлении 320 кгс/см. Температура реакционной смеси в начале первойзоны синтеза 165 С, на выходе из зооны за счет дополнительного подогрева 220 С, средняя линейная скоростьодвижения реакционной смеси 0,17 м/с,время пребывания 1 мин. При этихусловиях степень превращения СО58,5 Е, удельная производительность13700 кг/м ч.Поток 5 выводимый из первойреакционной зоны 1 во вторую 6,содержит,кг/ч: БН 36800 ф С 02 14000,СО (БН ) 2 31 100,ф Н 0 10800, (вс его92700 . Параметры процесса во второйзоне следующие; давление 200 кгс/смфтемпература 190 С, средняя линейная скорость движения реакционнойсмеси 0,018 м/с, время пребывания9 мин, Объем реактора второй ступени 17,7 м. Из узла синтеза выводят3плав (поток 7), который содержит,кг/ч; БН 3 34300; СОа 10800, СО(БН )35500, Н 20 12100. Степень превращения СО 683, удельная производительность реакпионного объема второйзоны 250 кг/м, а узла синтеза вцелом - 1590 кг/м ч.13377 45 50 5 1 О 15 20 25 30 35 40 П р и м е р 3. В первую зону синтеза 1, реакционный объем которой 1,95 м, подакгкг/ч: аммиак (поток 2) 40200, двуокись углерода (поток 3) 22900, рециркулируемый раствор углеаммонийных солей (поток 4) 296002 в том числе ЮН 311800, СО 10800, мочевина 4300," вода 2700. Процесс ведут при давлении 210 кгс/см. Температура реакционной смеси в начале первой зоны синтеза 160 С, на выходе из зоны за счетадополнительного подогрева 195 С,о средняя линейная скорость движения реакционной смеси 0,17 м/с, время пребывания 1 мин. При этих условиях степень превращения С 02 45,57., удельная производительность 10600 кг/м.ч.Поток 5, выводимый из первой реакционной зоны 1 во вторую 6, содержит, кг/ч: ИН 3 39900; СОд 18000," СО(ИН 2)2 25600, Н 20 9200 (всего 92700), Параметры процесса во второй зоне следующие,давление 210 кгс/смотемпература 190 С, средняя линейная скорость гвижения реакционной смеси 0,017 м/с, время пребывания 13,8 мин. Объем реактора второй ступени 25,9 м, Из узла синтеза выводят плав (поток 7), в котором ИН 34300," СО 2 10800; СО(ИН 2)2 35500; Н 20 12100, Степень превращения СО 687, удельная производительность реакцион 3 ного объема второй зоны 380 кг/м ч а узла синтеза в целом - 1120 кг/м ч.П р и м е р 4. Аналогично примеру 3, однако скорость движения среды составляет 0,02 м/с (при этом диаметр аппарата в 2,9 раза больше),П р и м .е р 5. Аналогично примеру 1, однако скорость движения среды составляет0,3 м/с (при этом диаметр аппарата в 1,3 раза меньше) . Предлагаемый способ позволяет обеспечить высокую эффективность процесса в первой зоне и узле синтеза в целом, По сравнению с известным способом величина П увеличена почти в 2 раза.ВНИИПИ Заказ 6522/19 Тираж 409 Подписное Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4