Способ получения мочевины

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ р 1 459887 Союз Советских Социалистических Республик(ЗЗ) Нидерланды 51) М 07 с 127 04 осударственнык комитет овета Министров СССР(53) УДК 661.717,5(088 Опубликовано 05.02,75. Бюллете аа делам изобретений и открытийта опубликования описания 2.06.7(72) Автор изобрезепия Иностра Дирк Иоганнес(54) СПОСОВ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ Изобретение относится к способу получениямочевины нз аммиака и двуокиси углерода,Известен способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при повышенныхтемпературе и давлении с образованием карбамата аммония, его разложением, отгонкойнепрореагировавших 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 ихконденсацию в карбамат аммония - при давлении 50 - 140 атм.Такой способ характеризуется недостаточно высокой эффективностью процесса, связанной с нерациональным использованием теплареакции образования карбамата аммония. Присинтезе последнего из аммиака и двуокисиуглерода на первой стадии процесса выделяется значительное количество тепла, которое 20может быть использовано для получения паранизкого давления (2 - 6 атм), имеющего ограниченную область применения, в то время какпри разложении карбамата аммония с образованием мочевины на второй стадии процесса требуется подводить пар высокого давления (15 - 25 атм), что связано с большимиэнергозатратами,2С целью повышения эффективности процесса предложено взаимодействие аммиака с двуокисью углерода вести при давлении 90 - 140 атм, разложение карбамата аммония осуществлять в две стадии, причем первую стадшо - при давлении 90 - 140 атм до образования не менее 40% равновесного количества мочевины, а вторую - при давлении 160 атм и выше до получения не менее 85% равновесного количества мочевины.Разложение карбамата аммония на первой стадии целесообразно вести до образования 70 - 95% равновесного количества мочевины, используя теплоту конденсации части аммиака 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, например, в количестве 40 - 60% аммиака и 10 - 15% двуокиси углерода от общего количества подаваемых в процесс, используя теплоту их конденсации для получения мочевины в этой реакционной зоне,При использовании предложенного способа сокращается расход пара высокого давления, а на стадии высокого давления (свыше 160 атм) применяют менее громоздкое оборудова 459887пие, так как значительная часть мочевины (более 50/,) образуется на первой стадии разложения карбамата аммония при более низком давлении (90 в 1 атм).На чертеже показана технологическая схема процесса синтеза мочевины по предложенному способу.Процесс осуществляют следующим образом.В конденсаторе 1 при давлении 90 в 1 атм образуется раствор карбамата аммония, содержащий еще значительные количества (например 20 - 40) 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 га. за 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 - 95/ 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 рекуперируют 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 в 2 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 8 Р/, равновесного количества мочевины. Для этого двуокиси углерода необходимо, например, 10 - 15/с 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 5 о 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 аммиак, дросселируют редукционным клапаном 12 примерно до давления в конденсаторе 1 и в реакторе 2 и подают в верхнюю часть перегонной колонны 13. В 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 - 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 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 разбавленный 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, водяного 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 температуры, 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. С помощью этого количества аммиака достигают желаемого для оптимальной температуры конденсации соотношения между аммиаком и двуокисью углерода в конденсаторе. При необходимости можно всасывать нужное 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 пара по возможности с высокими давлением и температурой,П р и м е р. По приведенной вышесхеме 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 газообразных аммиака и двуокиси углерода. В реакторе 2, где температура 172 С, эти количества газов также конденсируют в карбамат аммо. ния и получают 63 т мочевины, соответственно больше, чем 70 равновесного количества. Полученный в реакторе 2 раствор синтеза мочевины состоит (в т) из: 63 мочевины, 75 аммиака, 58,1 двуокиси углерода, 36,9 воды,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/О равновесного количества. Поступающий в отгонную колонну раствор синтеза мочевины имеет следующий состав (в т): 100 моче- вины, 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 давлением25 ати. Необходимое количество пара 77,5 т.Выделяющееся в конденсаторе 1 тепло используют для получения 100 т пара под давлением 3 ати, 80 - 90 т которого применяютв циркуляционной зоне низкого давления идля окончательной обработки, Остается таким5 образом еще 10 - 20 т пара низкого давления,Для образования 1 т мочевины необходимо775 кг пара с давлением 25 ати. При этомполучают 100 в 2 кг пара низкого давлениядля других целей,1 ОПредмет изобретения1. Способ получения мочевины из аммиакаи двуокиси углерода при повышенных температуре и давлении с образованием карбамата15 аммония, его разложением, отгонкой непрореагировавших при этом аммиака и двуокисиуглерода и рециркуляцией последних, о т л ич а ю щи й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, взаимодействие ам 20 миака с двуокисью углерода ведут при давлении 90 - 140 атм, разложение карбаматааммония осуществляют в две стадии, причемпервую стадию - при давлении 90 - 140 атмдо образования не менее 40% равновесного25 количества мочевины, а вторую - при давлении 160 атм и выше до получения не менее85% равновесного количества мочевины,2. Способ по п, 1, отличающийся тем,что разложение карбамата аммония на первой30 стадии ведут до образования 70 - 95/О равновесного количества мочевины,3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийсятем, что на вторую стадию разложения карбамата аммония подают свежие аммиак и35 двуокись углерода.459887 Составитель Б. СкворцовРедактор 3, Горбунова Текред Т. Миронова Корректор Н. Учакина саз 1444/4ЦНИ Подписноов СССР ипография, пр. Сапун Изд,582Государственного комитета по делам изобретений и Москва, Ж, Р аушская Тираж 529Совета Мннисоткрытийнаб., д. 4/5