Способ получения мочевины

,ЯО 1109385 А ЗЬ 9 С 07 С 126/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ"Химия", 1970, с.184-208.2. Патент США Мф 309 1637,кл.260-555, опублик. 1960.3. Патент СССР 1458126,кл. С 07 С 126/02, 1970 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ,включающий ее синтез из аммиака, двуокиси углерода и рециркулируемогопотока непрореагировавших веществ при температуре 160-210 С и давлении 180-400 кгс/см в двух последовательно соединенных зонах с подачей исход. ных реагентов в обе зоны, отвод теплоты в узле синтеза, разделение продуктов синтеза с выделением мочевины и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьшения эффективности процесса и снижения энергетических затрат, свежий аммиак и рециркулируемый поток непрореагировавших веществ подают в первую зону, а свежую двуокись углерода подают во вторую зону, в которой осуществляют отвод теплоты, или распре-деляют между зонами с подачей в первую зону синтеза 20-253 свежей двуокиси углерода.09385 12 Х со 1щения ИН (Х:= -) не превы 8 НМ3шает 35% (при 1.=4),Наиболее близким по технической 5 сущности и достигаемому эффектук изобретению является способ получения мочевины, согласно которомусинтез мочевины из аммиака и двуокиси углерода при 160-220 С и давлении 140-400 кгс/см осуществляютв двух последовательных зонах с рециркуляцией непрореагировавших веществ, причем всю двуокись углеродаи, по крайней иере, часть аммиака 15подают в первую зону, именуемуюзоной отвода тепла. Величина Е вэтой зоне менее 4. Реакционную смесьиз эоны отвода тепла подают во вторую зону, именуемую зоной синтеза 20мочевины, куда подают также оставшееся количество аммиака. Температурув зоне синтеза мочевины поддерживают на постоянном уровне путем регулирования температуры и/или отно сительных количеств аммиака, подаваемого н зону отвода теплоты и в зонусинтеза мочевины 3 1.Известный способ по показателямэффективности (Х сп и Х н ) блиэок кг 3 ЗО рассмотренному ранее 23 и потомуобладает теми же недостатками.Целью изобретения является повьппе 1 11Изобретение относится к способу получения мочевины иэ аммиака и двуокиси углерода.Известен способ получения мочевины путем синтеза ее иэ аммиака и двуокиси углерода с жидкостным рециклом непрореагировавших веществ (в виде водного раствора углеаммонийных солей УАС) или с газовым рециклом. Поскольку реакция синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода обратима, и степень превращения СО (Х ) состав ляет 58-76%, для сдвига равновесия1 реакции в сторону целевого продукта в зоне синтеза, как правило, поддерживают избыток МН сверх стехиометрического количества, Величина молярного соотношения ИНз .СО(1 ) в исходной реакционной смеси составляет 2,5-10,0. Эта величина обычно бывает тем выше, чем больше молярное соотношение Н 10:СО 1(Я) в той же смеси, так как вода сдвигает равновесие реакции синтеза в сторону исходных веществ. При этом чем выше Е, тем выше равновесная степень превращения СО 1 (Х ) и движущая сила реакции синтеза,1 а потому тем вьппе скорость процесса. Кроме того с оостом Ь снижается равновесное давление Р" над плавом синтеза, возрастает движущая сила процесса конденсации газообразного сырья, что дополнительно повышает скорость синтеза мочевины ние эффективности процесса путем повышения степени превращения исходныхОднако с ростом Е снижается сте,пень превращения аммиака в мочевину ХН и возрастают энергетические затраты в системе выделения его иэ плава синтеза и рециркуляции в реактор.Известен ряд способов получения мочевины, в которых для повышения степени превращения сырья оптимизируют температурный режим процесса синтеза либо распределение рециркули" руемой воды по отдельным аппаратам реакторного блока.Известен способ получения моче- вины, включающий синтез ее в двух раздельных зонах с подачей в первую зону только свежих ИН и СО 1(У=О) при Т. =4-10, давлении 140-420 кгс/см и 160-220 С,Рециркулируемый раствор УАС перерабатывают только во второй зоне синтеза мочевины, куда подают 55 также и свежие ХН и СО 2 3По этому способу величина Хмо 1 жет достигать 70%, но степень преврареагентов и снижения вследствие этого энергетичеСких затрат на выделениеиэ плава синтеза и рециркуляцию вреактор непрореагировавших веществ.Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу получения моче- вины, включающему ее синтез из аммиака, двуокиси углерода и рециркули" руемого потока непрореагировавших веществ при 160-210 С и давлении 180-400 кгс/см в двух последователь" но соединенных зонах с подачей исходных реагентов в обе зоны, отвод теплоты в узле синтеза, разделение продуктов синтеза с выделением мочевины и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ, свежий аммиак и рециркулируемый поток непрореагировавших веществ подают в первую зону, а свежую двуокись углерода - во вторую, в которой осуществляют, отвод теплоты, или распределяют между зонами с подачей в первую зону синтеза 20-25% свежей двуокиси углерода.При этом обеспечивается поДдержаниетемпературы в первой зоне на заданном уровне,Предлагаемый способ предусматривает осуществление процесса в первойзоне синтеза мочевины в присутствииизбытка ХН , что обусловливает высо-,кую степень превращения СО, . Во второй зоне синтеза за счет подачи свежей двуокиси углерода валовое соотношение между МН и СО (во всех формах)2близко к стехиометрическому. В этойзоне приемлем даже небольшой избытокСО, поскольку с ростом избытка СО 2Х возрастает. Во второй зонесинтеза отводится теплота растворенияСО в плаве синтеза и образуетсядополнительное количество мочевины.Вследствие этого Х - степень превраннэщения того количества ХН, котороеприсутствовало в первой зоне, возрастает. При оценке для второй зонысинтеза Хс - как показателя, опреде.ляющего энергозатраты на дистилляциюплава, - та часть поданного во вторуюзону потока СО, которая эквивалентнаколичеству мочевины, синтезированнойв первой зоне, не учитывается, таккак затраты .тепла на его выделениеиз плава синтеза на стадии дистилляции эквивалентны теплосъему, осуществляемому во второй зоне синтеза. Таким образом, плав синтеза навыходе иэ реакторного блока характеризуется более высоким абсолютнымсодержанием мочевины и повышеннойстепенью превращения исходных реагентов. Благодаря этому снижаетсярасход энергетических. средств навыделение из плава синтеза и рециркуляцию непрореагировавших веществ.Поток непрореагировавших веществпосле выделения иэ плава синтезарециркулируют в первую зону синтезав газообразном или жидком видеВпоследнем случае может возникнутьдефицит тепла в реакторе первой зонысинтеза. Чтобы его восполнить предусматривается подача 20-25 Х СО в этузону. Количество СО, направляемойв первую зону синтеза, регулируют,поддерживая заданную температурув этой зоне.На чертеже изображена принципиальная схема установки для получения мочевины.Согласно этой схеме ИНэ (поток 1),поток 2 непрореагировавших веществи поток 3 двуокиси углерода направ 10 15 20 25 30 35 ляют в реактор 4 первой зоны синте.за, где осуществляют процесс при 1=160-210 С и давлении Р=180400 кгс/см . Плав синтеза (поток 5) иэ первой зоны направляют в реактор 6 второй эоны синтеза. В этот же аппарат вводят основное количество двуокиси углерода (поток 7), Параметры процесса ( и Р) поддерживают в тех же интервалах, что указаны для реактора первой зоны синтеза. Избыток тепла в реакторе 6 отводят, используя теплообменные элементы 8,Если температура в реакторе 4отклонится от заданного уровня, посигналу датчика 9 регулятор 10 изменит степень раскрытия клапана 11на линии 3 подачи СО. и температурув аппарате 4. Из реакторного блокаплав синтеза по линии 12 передаютна дистилляцию известными методами.Следует отметить дополнительныепреимущества предлагаемого способапо сравнению с известными. Во-первых,в плаве синтеза, отводимом на дальнейшую переработку из второй зоны синтеза, соотношение ИН ;СО близко кстехиометрическому или даже имеетсяизбыток СО. Это создает предпосылкидля осуществления селф-стриппинга(авто-стриппинга) плава, т.е. процесса дистилляции, аналогичного посуществу процессу отдувки непрореагировавших веществ в токе СО. Пре"имущество селф-стриппинга заключается в том, что отпадает необходи"мость применения специального аппарата дистилляции сложной конструкции, обеспечивающего строго равномерное распределение газообразного СОв жидкости, Во-вторых, в случае газового рецикла непрореагировавшихвеществ путем адиабатического компри"мирования использование предлагаемого способа позволяет снизить темпера"туру компримирования рециркулируемыхгазов, которая тем выше, чем большеконцентрация МН в смеси с СО 2 . Сни 50 жение требуемой температуры компримирования упрощает задачу изготовления компрессора и обеспечиваетснижение его стоимости.Температура и давление процесса5 в обеих зонах синтеза такие же, как в известных способах синтеза мочевины. Целесообразное значение ИН.СО в первой зоне синтеза не регламентируется и выбирается путем обычных11093проектных расчетов по минимуму энергозатрат в зависимости от принятой техники дистилляции плава синтеза исредств рециркуляции непрореагировавших веществ, Соотношение МН :С 07 вовторой зоне синтеза не регламентируетася, так как определяется величинойэтого соотношения в плаве синтезаиз первой зоны, а также тем, что вовторую зону полностью или почти полкостью подают поток двуокиси углероцаВ результате во второй зоне можетвозникнуть некоторый избыток СО 7, чемвыше этот избыток, тем более благоприятны предпосылки для осуществления 15селф-стриппинга, Наконец, соотношения МНЭ.С 07 в обеих зонах синтезарегулируются автоматически по температуре, которую поддерживают в первой зоне синтеза на заданном уровне. 20П р и м е р 1. В реактор 4 первойзоны синтеза, на выходе из которогоподдерживают температуру 197 С придавлении 250 кгс/см , по линии 12подают 119,2 кг/ч жидкого аммиака, 25а по линии 2 - 399,8 кг/ч смеси веществ, выделенных из плава синтезана стадии дистилляции, в том числе167,8 кг/ч ИН, 172,5 кг/ч СО 7,28 кг/ч мочевйны и 31,5 кг/ч Н 70.Клапан 11 полностью закрыт, подачиСО 7 по линии 3 нет. Из реактора 4первой зоны синтеза в реактор 6второй зоны по линии 5 выводят519 кг/ч плава синтеза, в котором194,3 кг/ч ИНЗ, 52,5 кг/ч СО 7 у191,6 кг/ч иочевины и 80,6 кг/ч Н О,Соотношение между общим количествоммочевины (191,6 кг/ч) и общим количеством СО 2 во всех формах (вкпючая52,5 кг/ч СО 7, не конвертированныхв мочевину) в плаве синтеза соответствует степени превращения С 07, равной 73%. Если же не учитывать28 кг/ч мочевины, поступающей в реак-торный блок с потоком рециркулирующихвеществ, Хсо составляет 69,6%.7В реактор 6 второй зоны синтеза,где.процесс ведут при 190 С и давлении 250 кгс/см , наряду с плавом из7первой зоны синтеза по линии 7 по 85 ьдают 154,2 кг/ч двуокиси углерода.По линии 12 из реакторного блока выводят на переработку 673,3 кг/ч пла-ва синтеза, в котором 167,9 кг/ч ИНз172,5 кг/ч СО 7, 238,3 кг/ч мочевиныи 94,6 кг/ч Н О. Без учета 28 кг/чрециркулируемой мочевины величинаХо (по отношению к полному количест 2ву СО 2 в первой зоне) составляет74,6%, т.е. на 5 абс.% выше, чемв известном способе.П р и и е р 2, В реактор 4 первойзоны, работающий при 197 С и давлении 250 кгс/си 7, по линии 1 подают119,2 кг/ч жидкого аммиака, по линии2 - 399,8 кг/ч смеси веществ, выделенных из плава синтеза на стадиидистилляции, в том числе 167,8 кг/чИН , 12,5 кг/ч СО 7, 28 кг/ч мочевиныи 31,5 кг/ч Н 70. Для обеспечениятемпературы в аппарате 4 на заданномуровне (197"Г) в соответствии с сигналом датчика 9 регулятор 10 поддерживает клапан 11 приоткрытым, и по линии 3 в реактор 4 поступает 34,2 кг/чСО 7 (22%), Из аппарата 4 в реактор6 второй зоны по линии 5 выводят553,2 кг/ч плава синтеза, в котором194,3 кг/ч ЫН , 86,7 кг/ч СО 7,191,6 кг/ч мочевины и 80,6 кг/ч Н 70.В реактор 6, где процесс ведутпри 190 С и давлении 250 кгс/си, наряду с плавом из первой зоны синтезапо линии 7 подают 120 кг/ч С 07, Полинии 12 из реакторного блока выводят на переработку 673,3 кг/ч плавасинтеза, в котором 167,9 кг/ч ИН,172,5 кг/ч СО 2, 238,3 кг/ч иочевиныи 94,6 кг/ч Н О,П р и и е р ы 3 и 4. Отличаютсяот примера 1 только параметрами процесса, количеством и составом материальных потоков Эти сведения приведены в таблице,Предлагаемый способ позволяет засчет увеличения степени превращениясырья уменьшить расход энергетических средств на дистилляцию плавасинтеза и рециркуляцию непрореагиро.вавших веществ и снизить себестоимость 1 т мочевинь 1.1109385 Пример 3 Вторая зона синтеза Пример 4 Первая зонасинтеза Первая зонасинтеза Вторая зона синтеза 165 Температура,фСДавление, кгс/смПоток 1,кг/ч 185 190 205 185 185 375 375 268,6 268,6 в том числе ЮН Поток 2, кг/ч 851,4 411,4 в том числе ИН 440,0 Н О Поток 5, кг/ч 1120,0 428,4 114,4 444,0 в том числе ХН СО СО (1 Н 2)2 133,2 Н,О 60,0 74,0 Х Ж 2 Поток 7,кг/ч В том числе С 02 Поток 12, кг/ч в томчисле БН СО СО(НН 2) 2 Н,О 65,0 79,0 ВНИКНИ Заказ 5995/16 Тнрак 4 Ц) . Подписаое Филиал ШШ фВатватфю.Уагород, уа.йровкткаа, 4 Параметры и состав материальныхпотоков Х 0 Е (по отношению к полному2количеству СО 2 в первой зоне) 347,6 347,6 1467,6 411,4 440,0 474,0 142,2 221,0 221,0 922,0 374,0 440,0 108,0 1143,0 391,0 176,0 360,0 216,0 286,0 286,0 1429,0 374,0 440,0 390,0 225,0