Способ получения мочевины

,1064 А С 07 С 126/02 ННЫЙ КОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ОПИ лз, Инкорпо( 21 )" 1998275/23-04(71) Мицуи Тоацу Кемикарейтед (Япония)(56) 1. Патент США В 3573173, кл. 203-21, опублик. 1971 (прототип). (54) (57 ) СПОСОБиэ двуокиси углерода и аммиака, включающий три последовательных стадии разложения непрореагировавшего карбамата аммония при давенин 40- 120 кг/см 10-25 кг/см иот атмосферного до 5 кг/см соответственно с образованием отходящего газа на каждой стадни, поглощаемого адсорбентом с образованием раствора карбамата аммония и охлаждением непоглощенного газообразного аммиака в регенерированный жидкий аммиак с рециркуляцией раствора карбамата аммония и регенерированного жидкого аммиака в зону синтеза мочевины, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, газ, отходящий на первой стадии раз- ложения, адсорбируется при давлении 40-120 кг/см 2 адсорбентом, содержащим карбамат аммония и имеющим состав, вес.Ъ: мочевина 11-12,7, аммиак, 35,4-36, двуокись углерода 27,7- 32, остальное вода, с удалением тепла адсорбции наружным теплообменом со смесью 1 вес.ч. регенерированного жидкого аммиака и 1,4-2,4 вес.ч. дополнительного жидкого аммиака и Е последующим взаимодействйем смеси образовавшегося раствора карбамата аммония и жидкого аммиака с двуокисью углерода в количестве, компенсирующем двуокись углерода, находящуюся в растворе карбамата аммония с од- Ф новременным отведением тепла реак-, ции наружным теплообменом.ЮИзобретение относится к получению мочевины иэ двуокиси углерода и аммиака.Известен способ получения мочевины из Ин и С 02, включающий три последовательные стадии разложения непрореагировавшего карбамата аммония при давл 2 ении 40-1 О кг/см 10-25 кг/см и от атмосферного до 5 кг/смсоответственно с образованием отходящего газа на каждой ста дии, поглощаемого адсорбентом с образованием раствора карбамата аммония и охлаждением непоглощенного газообразного аммиака в регенери,оованный жидкий аммиак и рециркуля . цией раствора карбамата аммония и регенерированного жидкого аммиака в зону синтеза мочевиныГ 13.Недостатками известного способа являются эакупоривание или коррозия холодильника при сжижении газообраз ного КН конденсатором в случае неполного удаления двуокиси углерода, а также невысокая температура пара, извлекаемая со стадии адсорбции (давление пара 2 кг/см Бель изобретения - повышение эффективности процесса.Поставленная цель достигается согласно способу получения мочеви- ны из аммиака и двуокиси углерода, включающему три последовательные стадии разложения непрореагировавшего карбамата аммония при давлении 40-120 кг/см, 10-25 кг/сми атмос- З 5 ферного до 5 кг/см соответственно с образованием отходящего газа на каждой стадии, поглощаемого адсорбен том с образованием раствора карбамата аммония и охлаждением непоглоще 40 ,ного газообразного аммиака в регенерированный жидкий аммиак с рециркуляцией раствора карбамата аммония и регенерированного жидкого аммиака в зону синтеза мочевины, гаэ, отхо дящий на первой стадии разложения, адсорбируется при давлении 40- 120 кг/см адсорбентом, содержащим карбамат аммония и имеющим состав, вес.Ъ: мочевина 11-12,7, аммиак50 35,4-36, двуокись углерода 27,7-32 и остальное вода, с удалением.тепла адсорбции наружным теплообменом со смесью 1 вес, регенерированного жидкого аммиака и 1,4-2,4 вес. дополнительного жидкого аммиака и последующим взаимодействием смеси образовавшегося раствора карбамата аммония и жидкого аммиака с двуокисью углерода в количестве, компенсирунщем двуокись углерода, находящуюся в 60 растворе карбамата аммония с одновременным отведением тепла реакции наружным теплообменом.На чертеже показана установка для осуществления способа. Способ осуществляют следующимобразом.Двуокись углерода, линия 1,(см, чертеж ) которую подцерживаютпри давлении синтеза мочевины (предпочтительно давление 150-300 кг/смжидкий аммиак, линия 2, которыйтакже поддерживают при давлении синтеза мочевины и предварительно подогревают, а также регенерированный раствор карбамата аммония, линия 3, при давлении синтеза мочевины направляют соответственно в зону 4рекуцерации тепла, Последняя снабжена холодильником 5 для извлеченияизбыточной теплоты реакции в целяхполучения пара с манометрическим,давлением 2-6 кг/см. Количество тепла,отводимого в зоне 5 рекуперации тепла, зависит от температуры в зоне б1 синтеза. Реакционную смесь из зоны 4 рекуперации тепла подают затемв зону б синтеза мочевины для превращения карбамата аммония в мочевину.В зоне б синтеза мочевины подцерживают температуру от 160 до 210 С примолярном соотношении общего количест.ва аммиака и общего количества двуокиси углерода, подаваемых в зону бсинтеза.Давление получающегося после синтеза мочевины потока, который состоит иэ мочевины, воды, избыточного аммиака и непрореагировавшего карбамата аммония, доводят до 40-120 кг/см2через понижающий клапан 7. Затем полинии 8 его подают в сепаратор 9 высокого давления, Поток после синтезамочевины в. сепараторе высокого давления 9 поддерживают при температуре выше 130 С и предпочтительноот 140 до 180 С путем нагреванияпри помощи нагревателя 10, если этонеобходимо. В сепараторе 9 часть избыточного аммиака и непрореагировавшего карбамата аммония отделяютот потока, выходящего со стадиисинтеза мочевины, в виде газообразной смеси, содержащей аммиак,двуокись углерода и водяной паротходящий газ ), при этом непрореагировавший карбамат аммония разлагается.Давление истощенного потока отсинтеза мочевины из сепаратора 9 высоКого давления понижают при помощипонижающего клапана 11 до 1025 кг/см, затем поток вводят в отгоночную колонну 12 .среднего давления по линии 13, В колонне 12 поток от синтеза мочевины нагреваютдо 140-170 С при помощи нагревателя 14 для разложения большей частинепрореагировавшего карбамата аммония и отделения из этого потока отходящегося газа, содер,ащего аммиак,.двуокись углерода и водяной пар.Раствор мочевины иэ колонны 12 всеФеще содержит непрореагировавший кар= бамат аммония в количестве менее 10 вес.Ъ Его давление дополнительно понижают при помощи понижающего кла" пана 15 до манометрического давления 0-5 кг/см Раствор мочевины 5 ; при сниженном давлении пропускают по линии 16 и подвергают обычной перегонке при пониженном давлении (,не показано )для отделения оставшегося карбамата аммония с одновре менным его разложением от раствора мочевины до получения раствора мочевины, не содержащего карбамата аммония и отходящего газа, содержащего аммиак, двуокись углерода и 15 водяной пар. Полученный таким образом раствор мочевины обрабатываот любым известным способом до получения мочевины в виде кристаллов или окомкованного продукта.20Параллельно отходящий газ, который выделяется в отгоночной колонне 12 среднего давления, подают по линии 17 в абсорбер 18 среднего давления. В абсорбер 18 вводят абсорбент 5 (который может представлять собой продукт абсорбции водой, водным раствором аммиака или водным раствором мочевины отходящего газа в процессе отгонки низкого давления по линии 19 для поглощения отходящего З 0 газа. Давление абсорбции практически то же самое, что и в отгоночной колонне среднего давления. Температуру абсорбции в основании колонны 18 поддерживают равной 90-110 С. 35 при помощи холодильника 20. Газооб-. разный избыточный аммиак, непоглощенный абсорбентом, подают затем по линии 21 в аммиачный конденсатор 22, .в котором газообразный аммиак смеши вают с жидким аммиаком, который вводят в аммиачный конденсатор 22 по линии 23, Смесь охлаждают водой до 20-50 С путем конденсации. Часть жидкого аммиака, который образуется 45 в аммиачной конденсаторе 22,можно циркулировать наверх абсорбционной колонны 18 среднего давления для уменьшения температуры вверху колонны. Оставшийся жидкий аммиак снижают до . давления, при котором ведут синтез мочевины, при помощи насоса 24 и затем пропускают через холодильник 25 абсорбционной колонны 26 высокогддавления. Жидкий аммиак предварительно подогревают. и затем подают в эо-, 55 ну 4 рекуперации тепла по линии 2.Газ, выходящий из сепаратора 9 высокого давления направляют в аб-. сорбционную колонну 26 высокого дав-. Ления по линии 27. В абсорбционную 60 колонну 26 вводят продукт абсорбции, имеющий состав; вес.Ъ: мочевина 11- 12,7, аммиак 35,4-36, двуокись углерода 27,7-32, остальное вода, который выводят из абсорбера 18 среднего давления и доводят до давления колонны 26 (например давления , соответствующего давлению в сепараторе 9 высокого давления) при помощи насоса 28, вследствие чего почти весь отходящий газ поглощается этим продуктом абсорбции. Теплоту абсорбции, выделившуюся на этой стадии, удаляют, пропуская жидкий аммиак иэ конденсатора 22 через холодильник 25, тем самым подогревая аммиак. Благодаря этому охлаждению температура абсорбционной колонны высокого давления держится на уровне 120- 180 С, предпочтительно 130-160 С, в то время как температура жидкого аммиака растет от 100 до 160 С, предпочтительно от 110 до 140 С. Сверху колонны-абсорбера 26 высокого давления выходят инертные газы вместе с небольшим количеством аммиака и двуокиси углерода. Выходящие газы отводят по линии 29 и вводят в абсорбционную колонну 18 среднего давления для извлечения либо аммиака, либо двуокиси углерода, Абсорбционная колонна 26 представляет собой, например, теплообменник вертикального типа или сочетание теплообмлникагоризонтального типа и насадочной колонны. При вертикальном типе теплообменника не требуется насадочной колонны. Более того, вертикальный теплообменник отличается высокой эффективностью абсорбции, что очень выгодно, так как при вертикальном типе возможен больший температурный перепад между двумя теплообменными средами, чем при горизонтальном типе.Давление продукта абсорбции из основания колонны 30 абсорбции высокого давления увеличиваютдо давления процесса синтеза мочевины, и продукт абсорбции под этим давлением подают по линии 3 в зону 4 рекуперации тепла.П р и м е р 1. Поток после синтеза мочевины из эоны 6 синтеза мо" чевины при 200 ОС и манометричес" ком давлении 200 кг/см , содержащий, кг/ч: мочевину 1153, аммиак 1150, двуокись углерода 340 и воду 550, пропускают через понижающий клапан 7 и линию 8 и испаряют в сепараторе 9 высокого давления, работающем под давлением 65 кг/см 2. В сепараторе 9 из потока выделяют отходящий газ, содержащий, кг/ч, аммиак 370, двуокись углерода 55 и воду 22. Истощенный поток, содержащий, кг/ч: моче- вину 1150, аммиак 782, двуокись углерода 285 и воду 527, подают из основания сепаратора 9 через редукционный клапан 11 и линию 13 в отгоночную колонну 12 среднего давления, которая работает под ма10 нометрическим давлением 17 кг/смф.При этом выделяют большую частьнепрореагировавшего карбамата аммон,я в риде газа, содержащего ИНи СО 2Отделение из истощенного потока происходит путем отгонки. Подучающийся раствор мочевины с остаточным карбаматом аммония направляютчерез редукционный клапан 15 и линию 16 в отгоночную колонну низкогодавления (не показан, в которойостаточный карбамат аммония отделяют от раствора мочевины путемперегонки при атмосФерном давлении.В основании отгоночной колонны,низкого давления подают часть исходной двуокиси углерода для того,чтобы ускорить. отделение небольшегоколичества МН, остававшегося в растворе мочевины на днище.Отделенный таким образом раствор 2 Омочевины концентрируют и подвергаюткристаллизации до получения кристаллической мочевины путем выделенияее из маточного раствора. Отходящиегазы, выделяющиеся на стадиях отгонки низкого и среднего давлений, поглощаются получившейся маточной жидкостью сначала в абсорбционной ко-.лонне низкого давления (не показана 1и затем в абсорбционной колонне 18среднего давления до получения продукта абсорбции, содержащего, кг/ч:мочевину 114 11 вес.%, аммиак 370(32 вес,Ъ и воду 216,В то же время непоглощенный газо- Зобразный аммиак получают в количестве 418 кг/ч.Газообразный аммиак,. непоглощенный в абсорбционной колонне 18 среднего давления, подают по линии 21 40в конденсатор 22 и смешивают с581 .кг/ч (весовое отношение 1,4:11дополнительного аммиака, которыйвводят по линии 23, Смесь охлаждаютдля сжижения, в то время как давление продукта абсорбции, полученногов абсорбционной колонне 18 среднегодавления, увеличивается до манометрического давления 65 кг/см. Продуктабсорбцни с этим повышенным давлением;- 5 Овводят в абсорбционную колонну 26высокого давления дня поглощения,всего отходящего газа, подаваемогоиэ сепаратора 9 по линии 27.Таким образом получают регенерированный раствор карбамата аммонияпри 1300 С из 114 кг/ч мочевины,740 кг/ч аммиака, 385 кг/ч двуокисиуглерода и 238 кг/ч воды, Теплотуабсорбции отводят, пропуская черезхолодильник 25 регенерированный жид- бОкий аммиак из отгоночнойкопонны 9 вы"сокого давления. Этот регенерированный жидкий аммиак сжижают в аммиачном конденсаторе 22 и сжимают до (анометрического давления 230 кг/см б 5 насосом 24. При помощи теплотыабсорбции жидкий аммиак нагреваютдо 110 С. 11 олучающийся регенерированный раствор карбамата аммония подавлением, увеличенным до 230 кг/смпри помощи насоса 30, подают по линии3 в зону 4 рекуперации тепла, в товремя как нагретый жидкий аммиакподают по линии 2. Кроме того,717 кг/ч СО сжимают до манометрического давления 230 кг/сми подаютпо линии 1 в зону 4 рекуперации тепЛа. Последняя снабжена холодильииком 5, при помощи которого получаютпар с манометрическим давлением4 кг/см 2 в количестве 0,2 кг на 1 кгмочевины для рекуперации части теплоты образования карбамата аммония,вследствие чего температура в зоне4 рекуперации тепла поддерживаетсяна уровне 178 С. Реакционную смесь иззоны 4 рекуперации тепла вводятв зону синтеза для превращения карбамата аммония в мочевину.П р и м е р 2. Реакционную смесьдля синтеза мочевины, полученнуюв условиях примера 1, содержащую,кг/ч: мочевину 1153, аммиак 1150,двуокись углерода 340, воду 550,подвергают мгновенному испарению,пропуская ее через понижающий клапан 7 и трубопровод 8 в сепаратор 9 высокого давления, работающийпри давлении 120 кг/см благодарачему отделяют отходящий гаэ, содержащий кг/ч, аммиак 424, двуокисьуглерода 127 и воду 32, а раствордля синтеза мочевины, содержащийкг/ч: мочевину .1150 аммиак 728,двуокись углерода 215 и воду 517отбирают из нижней части сепаратора 9 высокого. давления, После этогораствор подвергают обработкам, аналогичным примеру 1, для разделения.с целью регенерации аммиака и двуокиси углерода и получения мочевины в Форме кристаллов,Таким образом, используя абсор-бер 18, работающий в условиях умеренного давления, получают поглотительную жидкость с температурой100 С, содержащую кг/ч: мочевину114 (12,7 вес.Ч, аммиак 320(35,6 вес.Ц, двуокись углерода258 (28,7.вес,Ъ),и воду 206 , в товремя как иэ конденсатора 22 дляаюеака получают жидкий аммиак вколичестве 995 кг/ч, который. представляет собой смесь регенерированного аммиака и добавляемого аммиакав количестве 581 кг/ч (весовое отношение 1,4:1 ). Поглотительную жидкость иэ абсорбера 18 среднего давления после доведения давления до120 кг/см 2 вводят в абсорбционнуюколонну 26 высокого давления, вкоторой поглощаются все отходящиегазы, поступающие из сепараторавысокого давления по линии 27. В результате этого, получают регенерированную жидкость, содержащую кг/ч:мочевину 114, аммиак 744, двуокисьуглерода 385 и воду 238, Теплота поглощения на этой стадии отводится 5путем пропускания со скоростью995 кг/ч жидкого аммиака, поступаю"щего иэ конденсатора для аммиака,давление которого доведено до давления процесса синтеза, через холодильник 25,абсорбционной колонны 26высокого давления. Благодаря этому,жидкий аммиак поступает в количестве 995 кг/ч и подогревается .до 140 ОС.Полученную при этом регенерированнуюжидкость доводят до давления синтеза насосом 28 и подают в зону 4рекуперации тепла, в которую подаюттакже предварительно подогретый жидкий аммиак и 717 кг/ч, двуокиси углерода, давление которой также дове-Дено до давления синтеза. Вследствиеэтого, на 1 кг мочевины вырабатывается 0,36 кг/ч насыщенного водяногопара с давлением 5 кг/см, в связи счем температура в трубопроводе ддясинтеза мочевины выходное отверостие )поддерживается на уровне 200 С.П р и м е р 3. Раствор мочевины,синтезированный в условиях примера 1содержащий кг/ч: мочевину 115330аммиак 1150, двуокись углерода 343и воду 550, вводят в сепаратор 9 вы-сокого давления при стандартном давлении 40 кг/см через понижающийклапан 7 и линию 8. В сепараторе ухо дящий газ, содержащий, кг/ч: 586 аммиак, двуокись углерода 80 и воду32,1, отделяют от раствора и температуру раствора понижают до 140 С.С дна сепаратора 9 высокого давления 4 Овыгружают реакционный раствор, содержащие, кг/ч мочевину 1150,аммиак 568, двуокись углерода 252,и воду 516,9. Раствор подвергают обработке аналогичной примеру 1 гдеаммиак и воду разделяют и регенерируют, а мочевину получают в видекристаллов.Таким образом, регенерированныйраствор, имеющий температуру 100 С,о содержащий, кг/г: мочевину 114 111,9 вес.Ъ), аммиак 338 (33,4 вес.% В двуокись углерода 295 (30,0 вес.% ), воду 205,9 получают в абсорбционной колонне 18 среднего давления, а 815 кг/ч жидкого аммиака, содержащего регенерированный аммиак в смеси с 581 кг/ч новой порции аммиака весовое соотношение 2,5:1), получают в конденсаторе 22 аммиака . Давление раствора в абсорбционной колонне 26 высокого давления, где раствором поглощают весь отработанный газ, подаваемый по линии 27 из сепаратора высокого давления, поддерживают таким образом, чтобы получить регенерированный раствор, имеющий температуру 115 С и содержащий кг/ч: мочевину 114, аммиак 924, двуокись углерода 385 и воды 288. Теплоту абсорбции; выделяющуюся при этом, поглощают пропусканием 815 кг/ч жидкого аммиака из аммиачного конденсатора и давление доводят до стандартного с помощью пропускания 1247 кг/ч жидкого аммиака из бака для хранения жидкого аммиака (не показан )через холодильник 25 в абсорбционную колонну 26 высокого давления, где жидкий аммиак предварительно нагревают до 110 Со )и указанные 1247 кг/ч аммиака используют для последующего теплообменаПолученный в результате этого регенерированный раствор вводят в зону 4 рекуперации тепла вместе с 815 кг/ч предварительно нагретого жидкого аммиака, В результате температуру на выходном патрубке поддерживают равной 200 ОС генерированием насыщенного пара, имеющего давление 5 кг/см в количестве 0,12 кг/ч на 1 кг мочевины. Преимуществом предлагаемого способа является эФФективное использование тепла адсорбции, а также то, что процесс можно осуществлять в относительно простой системе, которая имеет сепаратор высокого давления и абсорбционную колонну высокого давления.ектор М.Шаооши Заказ 10367/61ВНИИПИ Г Спо делам113035,Тираж 418осударственного комитета Сизобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб исн 4 5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная