Способ получения мочевины

(511 4 С 07 С 26/02 ОСУДАРСТВЕНО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ КОМИТЕТ СССРТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ аНа схза, перв ример, з конденса образуют давления поддержи 350 бар, на 8 наг(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫ (57) Изобретение касается способа получения мочевины и может быть использовано в основном органическом и неФ- техимическом синтезах, Цель - снижение расхода пара на стадии упарива-. . ния. Процесс ведут: а) реакцией из бытка ИН с СО при 125-220 атм и 180-200 С с получением раствора син" теза мочевины, содержащего карбамат и МН ; б) подачей его на 1-ю стадию разложения при давлении синтеза с подводом тепла и конденсацией газовой Фазы в 1-й конденсационной зоне; в) подачей раствора мочевины на 2-ю стадию разложения при 5-40 атм; г) Изобретение относится к способу получения мочевин, иэ аммиака и двуокиси углерода.Целью изобретения является сниже-. ние расхода пара на стадии упариванйя раствора мочевины.На чертеже указана технологическая схема устройства, реализующего способ. 8014507 5 разложением карбамата с удалением гзовой смеси и ее растворением в водес получением раствора НН и СО; д)разложением оставшегося карбаматаза счет подачи дополнительного теплас отделением образовавшейся газовойсмеси; е) обработкой раствора мочевины с получением газовой Фазы и ееконденсации раствором карбамата и сполучением 753-ного раствора, который упаривают до 957. Раствор мочеви.ны, подлежащий упариванию, вводят втрубки кожухотрубного теплообменника. Газовую смесь с 2-й стадии разложения подают в его кожух противотокомк раствору мочевины, раствор БН иСО с последующей стадии разложенияпри 45-50 С подают в среднюю частькожуха, причем количество его обеспечивает точку росы газовой смеси15-153 С, Конденсат выгружают измежтрубного пространства в том конце,где раствор мочевины вводят в трубки.Способ позволяет снизить расход парапри давлении 5 атм на 3820 кг/ч поддавлением 4 бара и при давлении18 атм на 2550 кг/ч под давлением4 атм. 1 ил. еме обозначены эона 1 синтеая стадия 2 разложения, напона десорбции, первая зона 3 ции и скруббер 4. Эти узлы часть аппаратуры высокого для синтеза мочевины, где 1 вают давление, например, 125"клапаны 5-7 расширения, зоревания, газожидкостные сепа 3 145073раторы 9 и 10, сосуд 11 для храненияраствора мочевины, который надо упарить, первая 12 и вторая 13 стадииупаривания вторая зона 14 конденсаУ5ции и сосуд 15 для хранения карбаматного раствора, полученного на стадиитеплообмена на первой стадии упаривания, насос 16 для перекачки карбаматного раствора и жидкостный эжектор 17.1 ОЧерез линию 18 и эжектор 17 пропускают жидкий аммиак вместе с карбаматным раствором, подаваемым через линию19 из струббера 4, через линию 20 напервую зону 3 конденсации. Через ли-.нию 21 газовую смесь подают туда жеиэ зоны 2 десорбции. Эту газовуюсмесь получают путем пропускания взоне 2 десорбции при подаче тепла,причем раствор для синтеза мочевины 1проходит через линию 22.из зоны 1синтеза противотоком к двуокиси углерода, которую вводят в эту зону черезлинию 23,Первая, зона конденсации может, например, Гыть сконструирована как вертикальный трубчатый теплообменник.Тепло, выделяющееся в этой зоне приполучении карбамата аммония, отводится при помощи воды, питающей бойлер,которая превращается в этом процессев пар низкого давления 4-5 атм. Зонудесорбции можно также сконструироватьв виде вертикального трубчатого теплообменника. Тепло, требуемое для де 35сорбции, подводится в виде пара высокого давления, например 15-30 атм.Карбаматный раствор, образованный впервой зоне 3 конденсации, и несконденсированный газ подаются в зону 1синтеза через линию 24В этой зонеобразуется достаточно тепла при даль,нейшей конденсации аммиака и двуокиси углерода до карбамата для удовлетворения потребности в тепле для эндотермической конверсии карбамата в мочевину, Через линию 25 газовую емесь,несконденсированную в зоне синтеза исодержащую инертные газы, выведенныев процессе со свежим аммиаком и двуокисью углерода, и возможно пассивирующий воздух или кислород, вводят вскруббер 4, где аммиак и двуокись углерода, присутствующие в газе, промываются карбаматным раствором, подан"ным через линию 26. Инертные газывыходят через линию 27.Десорбиронанный раствор для синтеза мочевикы отводят из зоны 2 де 54сорбции и пропускают через линию 28, расширительный клапан 5 где давление снижается до 4-40 бар, например, примерно до 24 бар, и через зону 8 нагрева, где реакционную смесь нагревают теплообменом до 125-180 С,например, до 165 С, причем часть карбамата, которая еще присутствует, разлагается в газожидкостный сепаратор 9. Из этого сепаратора образованную газовую фазу, смесь, содержащую в основном аммиак, двуокись углерода и водяной пар, отводят через линию 29 и оставшуюся жидкую фазу через линию 30. При помощи расширительного клапана 8 давление жидкойфазы снижается до 1-10 бар, например, примерно до 7 бар, и гаэожидкостную смесь, образованную в этом процессе, подводят к газожидкостному сепаратору 10. Газовую фазу, выделяющуюся в нем, т.е. смесь, содержащую в основном аммиак, двуокись углерода и водяной пар, пропускают через линию 31 квторой конденсационной зоне 14 и конденсируют там с образованием карбаматного раствора при помощи водногораствора, например конденсата процесса, подаваемого через линию 32. Тепло, выделяющееся при конденсации, отводят при помощи охлаждающей воды. Жидкая фаза, полученная в газожидкостном сепараторе 10, течет через линию 33 и расширительный клапан 8, где в растворе сбрасывают давление до атмосферного или ниже, например, примерно до 0,6 бар, в резервуар 11 для хранения, Из последнего полученный раствор, содержащий, например,70 мас,Ж мочевины, который все ещесодержит аммиак и двуокись углерода,подают через линию на первую стадию 12 упаривания. Затем раствор мочевины, который уже сконцентрирован до,например, более чем 90 мас.7 мочевины, пропускают через линию 35 на вторую стадию 13 упаривания. Зона нагрева на этих стадиях упаривания дляпроцесса предлагаемого изобретениясконструирована в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, Можноиспользовать также горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник, но это требует более сложной конструкции устройства. Водяной пар, полученный на двух стадиях упаривания, содержащий небольшие количества жидкоймочевины, аммиака и двуокиси углерода,,14507направляют после конденсации через соответственно линии 36 и 37 в не- представленную установку для переработки конденсата процесса подобно га 5 вовой фазе, отводимой через линию 38 из резервуара 11 для хранения.Тепло, необходимое для упаривания на второй стадии 13 упаривания, подводят при помощи конденсации пара 10 низкого давления. Тепло, требуемое на первой стадии 12 упаривания, подается в ходе конденсации газовой смеси, отводимой через линию 29 из газо- жидкостного сепаратора 9. Эту газовую 15 смесь пропускают в межтрубное пространство кожухотрубного теплообменника на первой стадии 12 упаривания, на которую подводят раствор карбамата из второй эоны 14 конденсации одно временно через линию 33. Таким образом, точка росы газовой смеси, которую надо сконденсировать, поднимается. Карбаматный раствор также функционирует как конденсирующий агент и 25 растворитель для газовой смеси, которую конденсируют.Предпочтение отдается пропусканию газожидкостной смеси через зону нагрева противотоком к раствору мочеви ны, который надо упарить. Карбаматный раствор, образованный в межтрубном пространстве конденсатора, пропускают через линию 36 к сосуду 15 для хранения, создают давление синтеза при помощи насоса 16 и пропускают через линию 26 в верхнюю часть скруббера 4 для удаления аммиака и двуокиси углерода иэ газовой смеси, содержащей инертные газы, которые от водятся через линию 24 иэ эоны 1 синтеза.Упаренный раствор мочевины отводят через линию 37.Если тепло, которое выделяется при 45 конденсации газовой смеси, подаваемойчерез линию 29, недостаточно для удовлетворения общих потребностей в тепле на первой стадии упаривания, нехватку можно компенсировать кондея сацией пара низкого давления. В этом случае кожух зоны нагрева должен быть разделен на два о.деления.П р и м е р 1. При использовании описанного процесса мочевину получают 55 в предлагаемой установке, имеющей производительность 1500 т в день.Давление в секции высокого давления установки 157,3 атм, во второй стадии 35 6разложения и в межтрубном пространстве нагревателя на первой стадии уааривания давление 23,5 атм.В секцию высокого давления установки вводят 25, 560 кг ЮН , который содержит 107 кг НО и который пред" варительно нагрет до 85 С, и 38681 кг раствора карбамата, содержащего 16521 кг СО, 13392 кг КН и 8228 кг Н О. Температура в реакционной зонео183 С и молярное отношение И/С 2,95. В зону десорбции вводят 179594 кг раствора для синтеза мочевины и де" сорбируют 48,133 кг газовой смеси, содержащей 46079 кг СО и в остальном инертные газы, в основном воздух. Иэ зоны десорбции отводят 120382 кг мочевины, 291 кг биурета, 15556 кг Г СО, 13193 кг ИН, 27775 кг Н О и 27 кг инертных компонентов. На второй стадии разложения давление десорбированного раствора для синтеза моче- чины снижают до 23,5 атм и при помощи теплообмена температуру смеси доводят до 165 С. Таким образом в газожидкостном сепараторе получают 724183 кг газовой смеси, содержащей 14681 кг СО , 7062 кг МН ,2413 кг Н О и 27 кг инертных. Его температураоросы 148,5 С. Дополнительно остается 96199 кг жидкой фазы, содержащей 63539 кг мочевины, 291 кг биурета 876 кг СО, 6131 кг НН и 25362 кг Н О. Давление жидкой фазы снижают до 6,9 атм и полученную .смесь пропускают в газожидкостный сепаратор 9. Здесь отделяют 4392 кг газовой смеси, содержащей 552 кг СО , 2612 кг ЯН, и 1228 кг Н,О. Давление оставшегося раствора далее снижают до 0,65 атм, что дает 84663 кг раствора мочевины при температуре 90 С, состоящего из 63477 кг мочевины, 324 кг биурета, 24 кг СО, 593 кг УН и 20245 кг МНз.Газовую смесь, полученную в газо- жидкостном сепараторе 9, конденсируют во второй зоне конденсации при помощи раствора карбамата, образованного при получении конденсата процесса, причем карбаматный раствор содержит 2059 кг СО, 2875 кг НН н 4623 кг НО. Во второй зоне конденсации получают 15750 кг раствора при температуре 45 С, который состоит из 2611 кг СО, 7289 кг НН и 5850 кг Н О. Этот раствор подают под давлением 23,5 атм вместе с газовой смесью из газожидкостного сепаратора в верхнюю частьмежтрубного пространтсва секции нагрева первой стадии упаринания противотоком растнора мочевины, которыйнадо упаривать, Газовую смесь затемконденсируют, причем образуется538631 кг раствора карбамата при гемопературе 124 С. Раствор мочевины пропускают через трубки секции нагреваи концентрируют в этом процессе и растнор уходит из нагревателя при темопературе 130 С. Состав этого раствораследующий, кг: мочевина 67874, биурет425; НН216; НО 3379. Сверху первой стадии упаринания отводят 17798 кг 15паровой смеси, которая состоит из16774 кг Н О, 275 кг СО, 581 кг ИН,23 кг инертных веществ и 146 кг мочевины. Если нагревание первой стадииупаринания осуществляют паром низкого 20давления, то требуется 18390 кг парас давлением 4 атм для получения тогоже результата,П р и м е р 2. Мочевину получаютв предлагаемой установке с производительностью 1000 т в день, Количестваприведены в кг/час. На второй стадииразложения, где давление 18 атм, получают газовую смесь, содержащую9440 кг СОз, 5680 кг БНз и 1810 кг 30Н О. Температура этой газовой смеси153 С, точка росы 139 С. Эту газовуюсмесь конденсируют при помощи раствор, ра карбамата, полученного на 111 стадии разложения, имеющего температуру45 С и содержащего 1470 СО, 4440 кгИН и 4470 кг Н О в межтрубном пространстве кожухотрубочного теплообменника, который образует секцию нагрева на первой стадии упаринания. Газовую смесь вводят в верхнюю часть межтрубного пространства противотоком краствору, содержащему моченину, который надо упаринать и который содержит41667 кг мочевины, 132 кг СО, 1343 кг 45БН и 14639 кг Н О. Раствор, содержащий мочевину, который проходит черезтрубки секции нагрева, концентрируютпри помощи тепла, выделяемого там, до95 мас.Е раствора мочевины и выводят50из секции нагрева с температурой130 С, Если нагревание первой стадииупаринания проводить паром низкогодавления, то для получения того жерезультата требуется 13100 кг пара с4 атмП р и м е р 3. Мочевину получаютна установке с производительностью1000 т/день, Давление в зоне синтеза 125 атм, температура 180" С, а молярное отношение Н/СО 2,95, В отпарной зоне синтеза мочевины растнор отпаривают .при давлении 125 бар двуокисью углерода. Количества указаны в кг/час, Во второй зоне разложения, в которой поддерживают давление 5 атм, получаютгазовую смесь, содержащую 7,450 кг СО, 4,720 кг МН и 3,540 кг Н О, Температура этой смеси 129 С, ее точка росы 115 С, Эту гаэоную смесь конденсируют с помощью раствора каробамата с температурой 50 С, содержащей 195 кг СО, 1, 180 кг ИН з и 2,550 кг Н 0 со стороны кожуха кожухотрубного теплообменника, который образует нагревательную секцию первой стадии выпаривания, причем этот раствор подают в кожух в точке, расположенной между входным отверстием для газовой смесии входным отверстием для подачи раствора моченины, подлежащего концентрированию. Газовую смесь подают в верхнюю часть кожуха в противотоке с раствором, содержащим мочевину и предназначенным для выпаривания, который содеркит 41,667 кг мочевины, 195 кг СО , 1,80, кг НН и 15,050 кг Н О. Содержащий мочевину раствор, который пропускают через трубы нагревательной секции, концентрируют за счет выделяемого при этом тепла. Дополнительное количество 4120 кг пара с давлением 4 атм необходимо для получения 95 мас.Х раствора мочевины стемпературой 130 С, Если нагреваниепервой стадии выпаривания полностьюосуществляют с помощью пара низкогодавления, то для достижения такогоже результата необходимо 13500 кг пара с давлением 4 атм.П р и м е р 4. Мочевину получаютпо предлагаемому в установке с произнодительностью 1000 т/день. Давлениев зоне синтеза 220 атм, температура200 С, а молярное отношение МНз/СО4,0, Раствор синтеза мочевины отпаривают СО в зоне отпаривания, давление в которой поддерживают 220 атм, Количества указаны в кг/час, На второй стадии разложения, в которой поддерживают давление 40 атм, получают газовую смесь, содержащую 7,840 кг СО, 2,830 кг МНз и 630 кг НО. Температура этой газовой смеси 165 С, ееоточка росы 153 С, Эту газовую смесь конденсируют с помощью раствора каробамата с темпеоатурой 50 С, содержащего 5,875 кг СО , 9,980 кг ВН и 8,870 кг Н О в кожухе вертикального кожухотрубного теплообменника, который образует нагревательную секцию первой стадии выпаривания, Раствор5 подают в оптимальном участке, расположенном между входным отверстиемдля газовой смеси и входным отверстием для раствора мочевины, подлежащего концентрированию. Газовую смесь подают в верхнюю часть со стороны кожуха в противотоке с раствором, содержащим мочевину и подлежащим выпариванию, который содержит 41,667 кг 15 мочевины, 165 кг СО , 1,268 кг ИН и 14,440 кг НО. Содержащий мочевину раствор, который пропускают через трубы нагревательной секции, концентрируют за счет тепла, высвобождаемого 20 при этом до 95 мас.3 раствора мочевины, и он покидает нагревательную секоцию при температуре 130 С. Благодаря разности температур между внутренно- стью кожуха и внутренностью труб про исходит хороший теплообмен и размеры кожухотрубного теплообменника могут быть меньше, Если нагревание первой стадии выпаривания осуществляют только с помощью пара низкого давления, 30 для достижения того же результата потребуется 550 кг пара с давлением 4 атм.П р и м е р 5. Получают мочевину согласно предлагаемому способу, одна ко первая стадия 12 выпаривания спроектирована и работает как вертикальный кожухотрубный теплообменник. Поверхность нагрева вокруг трубок разделена на десять отсеков с помощью 40 перегородок, снабженных отверстиями, чтобы обеспечить, хороший контакт между жидкой и газовой фазами. Реализуется движущийся вверх поток жидкой фазы и газовой фазы через отсеки. 45Следующие данные относятся к установке производительностью 1500 т/день Количества указаны в кг/час.Подают 35,414 кг ИНз и 45,863 кг СО В ту часть установки которая ра 50 ботает под высоким давлением. Давление в этой части .ысокого давления, представляющей собой зону синтеза, первую стадию разложения, зону конденсации, составляет 140 атм, Давле- ние во второй стадии разложения и на площадках нагрева первой стадии выпаривания 17,7 атм. Давление на третьей стадии разложения 3,9 атм. Газовую смесь во второй стадии разложения,содержащую 14,139 кг СО , 8,711 кгМН и 3,301 кг Н О, подают в нижнийотсек зоны нагрева, окружающей пучоктруб. Температура этой газовой смеси158,6 С, ее точка росы 143,4 С. Притеплообмене этой смеси с 86,623 кграствора мочевины, текущего по трубкам вниз в виде пленки, который подают при температуре 95 С и которыйсодержит 63,525 кг мочевины, 210 кгбиурета, 28 кг СО, 377 кг НН, остальное - вода, зта газовая смесь охлаждается и конденсируется. Конденсация и абсорбция газовой смеси продолжаются с помощью 20,944 кг растворакарбамата, полученного с третьей стадии разложения, содержащего 4,294 кгСО, 7400 кг МН 9,229 кг Н О и21 кг мочевины, который подают в третий отсек поверхности нагрева притемпературе 47 С. Выгружают 47,079 кграствора карбамата при температурео93,7 С, содержащего 8,427 кг СО,1602 кг ИН 12,529 кг Н 0 и 21 кгмочевины, из верхнего отсека поверхности нагрева. Кроме того, иэ этогоотсека выгружают еще 45 кг газовойсмеси, содержащей 6,3 кг СО, 9,1 кгМН , 0,8 кг Н,О, остальное - инерт- .ный газ,Выводят 67,833 кг концентрирован"ного раствора мочевины при температуре 122,5 С из нижней части пучкатруб. Этот раствор содержит 63,144 кг 1мочевины, 264 кг биурета, 0,02.кгСО , 4,7 кг НН) и 4420 кг воды.Таким образом предлагаемый способпозволяет уменьшить затраты пара приконденсировании ИН в , СО в . и Н О -содержащей газовой смеси под давлением 5,18 и 40 атм собтветственно притеплообмене с раствором мочевины(около 75 мас.7 мочевины), которыйнеобходимо сконцентрировать до95 мас.7 раствора мочевины при 130 С.Это видно, например, из сравнения известного (теплообмен при одинаковомнаправлении потоков) и предлагаемогоспособов (теплообмен в противотоке,установление точки росы и добавлениеводного растворав оптимальном участ"ке теплообменника). При давлении 5 атм: по известномуспособу необходимо 7940 кг/ч параподдавлением 4 атм; по предложенномуспособу - 4120 кг/ч пара под давле696Государственно11303 ЗакВНИИПИ ираж 352 комитета Москва, Ж П изобретениям и от Раушская наб., дписное ытиям при ГКНТ СССР 4/5 роиэводственно-иэдательский комбинат Патент , г.ужгород, ул. Гагари нием 4 атм; экономия - 3820 кг/ч пара под давлением 4 бара.При давлении 18 атм: по известному способу необходимо 2550 кг/ч пара под давлением 4 атм; по предложенному способу - 0 кг/ч пара; экономия 2550 кг/ч пара под давлением 4 атм.При давлении 40 атм: по известному способу необходимо 0 кг/ч пара; по пред ложенному способу - 0 кг/ч пара.За счет большей разности температур в предложенном способе между внутренней частью кожуха и внутренней частью труб - 60 С по сравнению со54 С в известном способе. При этом в предложенном способе можно реализовать снижение 103 поверхности тепло- обмена,Способ получения мочевины путем синтеза из избытка аммиака и двуокиси углерода при давлении 125-220 атм 25ои температуре 180-200 С с получением раствора синтеза мочевины, содержащего карбамат и свободный аммиак, подаваемого на первую стадию разложения при давлении синтеза с подводом теп ла и конденсацией газовой фазы в первой конденсационной зоне подачей раствора мочевины на вторую стадию разложения при давлении 5-40 атм с разложением и удалением оставшегося карбамата в виде газовой смеси, содержащей аммиак и двуокись углерода, с переработкой ее с образованием раствора аммиака и двуокиси углерода в воде и разложением оставшегося карбамата эа счет подачи дополнительного тепла, причем образующуюся газовую смесь от-, деляют с последующей обработкой раствора мочевины путем сброса давления с получением газовой фазы и ее конденсации раствором карбамата, а также с получением 753-ного раствора, который упаривают до 953, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения расхода пара на стадии упаривания, раствор мочевины, подлежащий упариванию, вводят внутри трубок кожухотрубного теплообменника, газовую . смесь с второй стадии разложения подают в кожух этого теплообменника противотоком к раствору мочевины, а раствор аммиака и двуокиси углерода полученный с последней стадии разложения, при 45-50 С подают в среднюю часть кожурка теплообменника, причем количество его обеспечивает точку роосы газовой смеси 15-153 С, а конденсат выгружают из межтрубного пространства в том конце, где раствор мочевины вводят в трубки.