Способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ Союз СоевтсееСоциалмстнцвсваРасвубпмк п 651692 К ПАТЕНТУ(51) М. Кл, С 07 С 126/02 Гщударетвенкый кезкпет СССР а делам кзебретееЯ и еткрепкйСПОСОБ ПОУЕУЧЕИИЯ МОЧЕЖИНЫ ИЗ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГ/Е.РОДА сится к технологиинз аммиака и двуокиыопб-1Изобретение отнополучения мочевиныси углерода.Известен способ получениямочевин из аммиака и двуокиси углерода при и вышенных температурах и давлении сследующим разложением основного количества непрореагировавшего карбамвта аммония в нескольких ступенях давления нагреванием и одновременной продувкой 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 рециркуляцией их в реактор, раэложенйя 4 оставшегося после отгонки в растворе мочевины карбамата аммония при понижен ном давлении и переработкой полученных ,аммиака и двуокиси углерода в конденсаторе низкого давления в растворкврбамвтв,аммония, который рециркулируют через зону конденсации высокого давления йвстадию синтеза, причем из реактора отводят содержащую инертные компоненты газовую смесь, иэ которой при давлениисинтеза в зоне промывки водой удаляютаммиак и двуокись углерода и полученный 5 при этом раствор также рецнркулируют 1Основным недостатком известного способа является использование воды в качестве промывной жидкости при удаленииаммиака, двуокиси углерода из газовой ф смеси, отводимой иэ реактора, что приводитк дополнительному поступлению воды в зону синтеза, где ее присутствие отрицательно скаэьеабтся "на равновесной степени превращения арбамата аммония в мо чевину. Снижение степени превращенияприводит" к"увелйчейвю йагрузки отпврнойколонны и потребности в паре высокогодавления.ЕЕелью изобретения является повыше- И ние эффективности процесса.1 ель достигается описываемым способом получения мочевины иэ аммиака в " двуокиси углерода йри повышенных темпарвтурвх и давлении с" последующим рвзложеиием основного количества непрореагировавшего карбамата аммония в нескольких ступенях давления и переработкой полученных при этом количеств аммиака идвуокиси углерода. в конденсаторах высо Вкого и низкого давлений в раствор карбамета, рециркуляцией в реактор и выводомиэ него содержащей инертные компонентыгазовой смеси, промывкой этой смеси раствором карбамата со ступени низкого дав- Яленни для удаления аммиака и двуокисиуглерода и вводом полученного при этомраствора вместе с реакционной массой,отводимой из нижней четверти реактора,в конденсатор высокого давления при помощи свежего аммиака в количестве 40100% в пересчете на общее количествоаммиака, подаваемого на. синтез,Отличительные признаки способа состоят в том, что содержащую инертные ком 20аонеиты газовую смесь из реактсра промывают раствором карбамата со ступенинизкого давления и получечный при этомраствор вместе с реакционной массой, отводимой из нижней четверти реактора, Бвводят в конденсатор высокого давленияпри помощи свежего аммиака в количестве 40-100% в пересчете на общее количество аммиака, подаваемою на синтез.Предлагаемый способ позволяет за Зосчет снижения подачи воды в нижнюю частьреактора синтеза повысить степень превращения карбамата в мочевииу на 2 3%,что,в свою очередь, сэкономит примерно75 кг пара высокого давления на 1 т вы 35пускаемой мочевины.Это возможно благодаря использованиюэнергии свежего аммиака для подачи нагретого раствора кврбамата аммония изколонны промывки газовой смеси, выходящей из реактора,Освобождаемую во время промывкираствором карбамата теплоту абсорбциии конденсации применяют для нагреванияэтого раствора до температуры равновесия,.желательной в зоне конденсации. Врезультате цо сравнению с известнымспособом высвобождается гораздо болеезначительная 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 келонну 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 трубопроводу 5, расширяется в редукционном клапане 6 и затем поступает в ректификациоиную колонну 7, где выделяется освободившаяся во время расширения газовая смесь. Продут иэ низа колонны 7 нагревают в теплообмениике 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 находится в равновесии с ними при данных условиях.Укаэанную 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 содерхйщегося в газовой фазе водяного пара конденсируется и удаляется из колонны вместе с растворенной фазой. Вы водимый из сепаратора 9 раствор мочевины подают по трубопроводу 13. в последующую зону обработки, например в зону для выпаривания или кристаллизации.Выходящую из верхней части колонны 7 газовую смесь, состоящуюиз аммиака, двуокиси углерода и водяного пара, по.трубопроводу 12, по возможности, вместе с некоторым количеством водной технологической жидкости, подводимым по трубопроводу 3.3, подают. в конденсатор 14, где образуется разбавленный раствор карбамата аммония. Затем этот раствор посредством насоса 15 перекачивают по трубопроводу 3,6 внаходящую 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. Подученную таким образом смесь из водного раствора карбамата аммония, свободного газообразного аммиака и двуокиси углерода по трубопроводу 19 направляюг в нижнюю эоцу сингез-реактора 1, Требуемое в этом реакгоре количество свежего аммиака подают в него по трубопроводам 20 и 21. В 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 собираются в верхней части синтезреактора 1, как и значительные количества газообразного аммиака и двуокиси углерода. С целью рекуперации этих полезных компонентов эту газовую смесь по грубопро воду 22 направляют в промывную колонну 23, которую орошают разбавленным раствором карбамата аммония, подаваемым по трубопроводу 16 из системы низкого давления. Для орошения можно также исполь- О зовать и раствор кербамата аммония, подаваемый по трубопроводу 24 из установки для получения меламина, 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 температуру 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 гидросгатического давления, достаточного для того,чтобы раствор карбамата аммония, как это необходимо, поступал вниз иэ колонны 2345 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 вконденсатор 18 по трубопроводу 29.5Давление жидкого аммиака, подаваемого по трубопроводу 29, при помощи струй,ного насоса 30 используют в предлагаемом способе для компенсации разницы между гидросгатическими давлениями в колоние23 и конденсаторе 18, а также для отсасывания небольшого количества имеющейся в синтез-реакторе 1 жидкой смесипо трубопроводу 3 1. Эффект такой гехцологии, выгодно влияющий ца производительность конденсатора, зависит, одцако, отстепени превращения мочевицы, которогодостигают в содержащемся в синтов-реакторе 1 растворе до того момента, когдапоследний удаляют из этого реактора иотсасывают 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-реактора1, го температура конденсации действительно значительно повышаегся, а освобождаемое тепло отводят ио меньшей поверхности теплопередачи. В результате того,что все количество мочевицы в удаляемомиз синтез-реактора 1 растворе по трубопроводу 19 опять возвращается в нижнюючасть эгого реактора вместе с образовавшейся в коцдецсаторе 18 газо-жидкой смесью, содержащей карбамаг аммония, вызывается дополнительный эффект смешения.Такой эффект заметно сццжаег прсвращание карбамата аммония в мочевицу в синтез-реакторе 1.Согласно предлагаемому способу раствор огсасываюг из нижней четверти синтезреактора 1, Это позволяет использовать теплоту конденсации ца более высоком температурном уровце благодаря гому, что карбамат аммония растворяется вмочевице и при этом выделяегса дополнительное количество тепла. Р, результатевозможно умекьшение-ца 15% но сравнению с известным способом поверхностигеплопередачи в конденсаторе высокогодавления и соответственное повышение егопроизводительности,П р и м е р. Из работающего при 180183 С и 140 атм синтез-реактора 1 потрубопроводу 2 отводят смесь состава,кг/г: 40700 аммиака, 24000 двуокисиуглерода, 41700 мочевицы и 19600 воды, которую подают в колонну 3, куда цотрубопроводу 4 вводят под давлением140 атм смесь состава: 30600 кг/ч двуокиси углерода и 1180 кг/ч инертныхкомпонентов. Б этой колонне большое количество непрореагировавшего карбаматааммония разлагают на аммиак и двуокись7 6516углерода нри температуре 180-185 Си давлении синтеза, Из нижней части колонны 3 по трубопроводу 5 отводят смесьо1температура которой 160 С, давление140 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, образовавши-еся в результате снижени давления. Иэнижней части колонны 7 отводят смесьтемпературой 111 С состава, кг/ч. 2600ааммиака, 1990 двуокиси углерода,41700мочевины и 18080 воды, которую в теп- флообменнике 8 нагревают до температурыопорядка 135 С для разЛожения остаточного количества непрореагировавшего карбамата аммония на аммиак и двуокись уг/лерода. Выделяющиеся при этом 1840 кг/чаммиака, 1830 кг/ч двуокиси углерода и3080 кг/ч водяного пара отделяют в сепараторе 9 и атусмесь температуройо135 С при давлении 3,5 атм по трубопроводу 10 подают в ниж юю часть колон"ны 7, По трубопроводу 11 отводят Смесьсостам, кг/ч: 760 аммиака, 160 двуокиси углерода, 41700 мочевины и 15000воды, которую направляют на стадию выделения мочевины,30Из верхней части колонны 7 выводятгазовую смесь состава, кг/ч: 3940 аммиака, 5620 двуокиси углерода и 1900 водяного пара. Эту смесь температуройо108 С подают в конденсатор 14, в который по трубопроводу 13 поступает смесьсостава, кг/ч: 760 аммиака, 160 двуокиси углерода и 2500 воды, Иэ кондеьсатора 14 отводят смесь температурой 80 Ссостава, кг/ч; 4700 аммиака, 5780 двуокиси углерода и 4400 воды, которуюнасосом 15 по трубоцроводу.16 подаютвколонну 23.Из верхней части колонны 3 отводятпри температуре 180 С и давлении 140о 45атм газовую смесь состам, кг/ч: 36000аммиака, 48820 двуокиси углерода, 2700водяного пара и 1180 инертных компонентов., По трубопроводу 17 эту смесь" подают в конденсатор 18, из нижней части50которого выводят смесь водного раствора карбамата аммония с несвязанными аммиаком и двуокисью углерода. Эту смесьтемпературой 173 С при давлении 140батм состам, кг/ч: 64610 аммиака,Я65300 двуокиси углерода, 2980 мочевины, 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 промымют смесью, подаваемой по трубопроводу 16. Выделяющееся во времй промывки тепло удаляют хлад- агентом, 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 28Из нижней части колонны 23 по трубопроводу 26 отводят смесь, температура которой 170 С, давление 140 атм, состам, 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 изобретенияСпособ получения мочевины иэ аммиака и двуокиси углерода при повышенных температурах и давлении с последующим разложением основного количестм непрореагиромвшего карбамата аммония в не скольких ступенях давления и переработкой полученных при атом 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 атом раствора, отличающийся 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 конденсатор651692 высокого давления при помощи свежегоаммиака в количестве 40-100% в пересчете на общее количество аммиака, подаваемого на синтез. г рр Составитель В. Жидкова едактор 3, Бородкина Техред 3 фа. Корректор В. КуприяноТираж 512 ПодписноеГосударственного комитета СССРлам изобретений и открытийМосква, Ж 35, Раушская набд. 4/ филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 838/57 БНИИП по 113035Источники ицформадии, принятые вовнимание при экспертизе1. Бцгореае СЬевсаВ йель ОгеаборртетЕп , Юагеагъ,17, 1 7 1 196 9)