Способ получения мочевины

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК АЗ С 07 С 12602 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕН(Лайсенсин Баненс Цгеа9,(54) С (57) И ПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫзобретение относится к амидоащим соединениям, в частносолучению мочевины, котораяэуется в производстве удобреель - снижение расхода параго давления, Получение мочеедут иэ аммиака и двуокисида при молярном соотношении содерж тикп исполь и. Ц соко ины углеро Изобретени тносится к способам на я чевины, в частноочевины, которуюроизводстве удобобретения -синтеза м лучениюзуют при спол а м ений.ние ра-9 сниквлени ль сте хода пара высоког технолоо спобо 2 ставле еже ическаяоба.На черона синти 4 - п хема предложенно и 13 - зоны на стадии концент сопутствующие ния водяных па ва первой и второй ования, 14 и 15 ройства для отделеобраэующихся в еже приняты обозначения: 1 за, 2 - эона отпаривания,рвая н вторая эоны конден(71) Стамикарбо сабсидиари ов Д (72) Виктор Эло (53) 547.495.2. (56) Ецгореап С Борр 1 ешепг., Лап р. 17-20. юл. 9Б.В.си) (щ) и Альберт 7 (088.8) еш 1 са 1 Иеч агу, 17, 1 3,2:1, температуре 183 С и давлении139 атм в зоне синтеза с получениемраствора синтеза мочевины, которыйидет на стадии дальнейшей обработки.На первой иэ последующих стадий разложения устанавливают давление21,5 атм и подводят тепло, а навторой из последующих стадий разложения устанавливают давление 5 атм.На стадии разложения под давлениемзоны синтеза часть раствора синтезамочевины подвергают отпариванию с двуокисью углерода с одновременнойподачей тепла (в дальнейшем этотраствор мочевины направляют на вторую из последующих стадий разложения). Другую часть раствора синтезамочевины контактируют в адиабатических условиях с двуокисью углеродапротивотоком (раствор мочевины направляют на первую стадию разложения). Полученные газы смешивают взоне конденсации. 1 ил. сации высокого давления, 5абсорбции, 6 - зона контактаконтактирования раствора синтчевины с двуокисью углерода,устройства для разделения жиди газов, 10 - теплообменник,зона конденсации карбамата, ртающая под низким давлением, 1494864результате концентрирования, 16 - насос для карбамата, 17-20 - снижающие давление клапана, 21 - теплообменникРаствор синтеза мочевины, образованный в зоне 1 синтеза мочевины подо давлением 139 атм, температуре 183 С и молярном отношении МНз/СО равном 3,2 и содержащем помимо мочевины и под свободный аммиак и непревращенный карбамат аммония, в количестве 30-50 мас.(например, 44 мас. ) подают по трубопроводу 22 в зону 6 контакта, где оН контактирует в адиабатических условиях с двуокисью углерода. Остальные 50-70 мас.% раствора синтеза мочевины по трубопроводу 23 подают в зону 2 отпаривания, расположенную параллельно зоне 6 контакта. Противотоком к раствору син 101520 теза мочевины в зону отпаривания и 1зону 6 контакта по трубопроводу 24подают двуокись углерода, сжатую с помощью компрессора (не показан) додавления зоны синтеза (для пассивации можно добавить воздух). Зона 2отпаривания выполнена в виде трубчатого теплообменника. Теплоту, необходимую для отпаривания, получаютза счет конденсации пара высокого давления (21,5 атм) во внетрубнойзоне теплообменника. Для улучшения контакта между раствором синтеза мочевины и двуокисью углерода в зоне6 контакта могут быть предусмотреныпластинки или насадочные материалы, 35 Контактирование жидкости с газом может быть улучшено за счет падающейпленки жидкости, Газовую смесь, образующуюся в зоне 2 отпаривания, содержащую помимо аммиака и двуокиси40 углерода равновесное количество водяных паров, отводят по трубопроводу 25 вместе с использованной для отпаривания двуокисью углерода. Из эоны 6 контакта по трубопроводу 26 от 45 водят газовую смесь, содержащую выделенный иэ раствора синтеза мочевины аммиак, часть поданной двуокиси углерода и небольшое количество воды. Отводимые по трубопроводам 25 и 50 26 газовые смеси по трубопроводу 27 пропускают во внетрубное пространство первой эоны 3 конденсации, выполненной в виде горизонтально расположенного конденсатора с погруженными трубами, в этой зоне происхо. дит их частичная конденсация в раствор карбамата. По трубопроводу 28 в первую зону 3 конденсации подают разбавленный раствор карбамата, полученный в результате абсорбции аммиака и двуокиси углерода из газовой смеси, содержащей инертные газын отведенной по трубопроводу 29 иэзоны 1 синтеза. Тепло, выделяемое приобразовании такого разбавленного раствора карбамата, используют дляпредварительного нагрева жидкогоаммиака, поступающего по трубопроводу 30. В этом случае может бытьпредусмотрен теплообменник 21, вкоторый по цепи 21 а передают тепло,выделяющееся в зоне 5 абсорбции. Время пребывания реакционной смеси впервой зоне 3 конденсации выбираюттаким, чтобы в этой зоне из карбамата образовывалась мочевина в количестве 30 . от равновесного количества мочевины, достижимого в условияхреакции, т.е. раствор содержит20 мас.мочевины. Тепло, выделяющееся в первой зоне конденсации, может быть использовано для разложения карбамата в обогащенном двуокисьюуглерода растворе синтеза мочевины.В этом случае раствор, отводимый потрубопроводу 31 из зоны 6 контакта,доводят до давления в 12-30 астм спомощью снижающего давление клапана 17 и образовавшуюся смесь вводятв сепаратор 7 для разделения жидкости и газа. Полученную в результатежидкую фазу, представляющую, собой восновном водный раствор мочевины спримесью биурета, аммиака и карбамата, отводят по трубопроводу 32,а газовую фазу, представляющую собой смесь, содержащую в основномаммиак, двуокись углерода и водяныепары, по трубопроводу 33. Жидкуюфазу, отведенную по трубопроводу 32из сепаратора 7, направляют затемпод одинаковым или более низким,чемв сепараторе 7, давлением на теп"лообмен с раствором мочевины с карбаматом, полученным в первой зоне3 конденсации, после чего часть всего количества карбамата, присутствующего в растворе со сниженным давлением, разлагают на аммиак и двуокись углерода. Можно также отводить гепло, выделяющееся в первой .зоне 3 конденсации, с помощью других потоков процесса или воды, которую в результате превращают в парнизкого давления, Из первой зоны 35 14 конденсации по трубопроводу 34 отводят несконденсировавшуюся часть газовой смеси, которую подают во вторую зону 4 конденсации высокого давления, а по трубопроводу 35 в зону 4 подают полученный в зоне 3 раствор карбамата. В этой зоне происходит дальнейшая конденсация подаваемой по трубопроводу 34 газовой смеси в карбамат. Выделяющееся при этом тепло отводят с помощью воды, которая в результате превращается в пар низкого давления (4-9 атм). Раствор карбамата, полученный во второй зоне 4 конденсации высокого давления, а также несконденсировавшуюся часть (в случае наличия таковой), содержащую аммиак, двуокись углерода и водяные пары, направляют по трубопроводу 36 в зону 1 синтеза.Смесь жидкости с газом, полученную в результате теплообмена в первой зоне 3 конденсации высокого давления, пропускают по трубопроводу 37 в сепаратор 8 для разделения жидкости и газа (смесь содержит аммиак, двуокись углерода и водяные пары), а по трубопроводу 39 отводят образовавшуюся жидкую фазу, представляющую собой раствор мочевины с примесью карбаматаС помощью снижающего давление клапана 18 давление на жидкую фазу снижают до давления на второй из последующих стадий разложения, т.еобычно до 5 атм, и образовавшуюся при снижении давления смесь жидкости и газа подают в сепаратор 9 для разделения жидкости и газа. Давление на отпаренный раствор синтеза мочевины с помощью снижающего давление клапана 19 также снижают до давления во второй из последующих стадий разложения (например, до 5 атм), и образовавшуюся смесь жидкости с газом по трубопроводу 40 подают в сепаратор 9.По трубопроводу 4 1 из сепаратора 9 отводят раствор мочевины, все еще содержащий карбамат, который разлагают в теплообменнике 10, нагреваемом паром низкого давления, после чего раствор мочевины по трубопроводу 44 подают в зону 12 нагрева первой стадии концентрирования. Зона 12 нагрева может быть выполнена,на-пример, в виде вертикального трубчатого теплообменника, через трубы 94864 6которого пропускают предназначенньпдля концентрирования раствор моче-вины. Газовую фазу, полученную всепараторе 9, представляющую собой 5смесь аммиака, двуокиси углерода иводяных паров, отводят по трубопроводу 43 и пропускают вместе с газовой смесью, содержащей аммиак, двуокись углерода и водяные пары, полученной в теплообменнике 10 и отведенной из него по трубопроводу 42,в зону 11 конденсации низкого давления, в которой конденсируют с подаваемым по трубопроводу 54 воднымраствором, например конденсатом обработки. Полученный в зоне 11 конденсации низкого давления раствор карбамата пропускают по трубопроводу45 во внетрубное пространство зоны12 нагрева. В него же противотокомотносительно предназначенного дляконцентрирования раствора мочевиныподают газовую смесь, содержащуюаммиак, двуокись углерода и водяные пары и полученную объединениемпотоков 33 и 38. Подачу растворакарбамата предпочтительно проводятв точке, расположенной между местомподачи предназначенного для концентрирования раствора мочевины и местомподачи конденсируемой газовой смеси.При конденса.ии таким путем газовойсмеси эа счет подаваемого по трубопроводу 45 раствора карбамата выде5 ляется тепло в количестве, достаточном для удовлетворения тепловых потребностей на первойстадии концентрирования, на которой раствор мочевины, подаваемой по трубопроводу 41и содержащий 70-75 мас.7. мочевины,концентрируют до содержания 8595 мас.мочевины.Раствор карбамата, образовавшийсяпри конденсации газовой смеси вовнетрубной зоне теплообменника 12первой стадии концентрирования, отводят по трубопроводу 46, с помощьюнасоса 16 давление доводят до давления зоны синтеза и по трубопрогоду 47 подают в зону 5 абсорбции. Водяные пары из смеси концентрированного раствора мочевины, а также водяные пары, удаляемые по трубопроводу48 с первой стадии концентрирования, 56 отводят по трубопроводу 49 из сепаратора 14 для отделения воды, в товремя как концентрированный раствормочевины пропускают по трубопровод50 в зону 13 нагрева второй стадииконцентрирования. Смесь расплавамочевины, не содержащего воды, и водяных паров пропускают по трубопроводу 5 1 в сепаратор 15 для отделения5воды, из которого по трубопроводу 52отводят водяные пары, а по трубопроводу 53 - расплав мочевины, не содержащий воды. Расплав превращают,например, в гранулы или раствор мочевины с нитратом аммония. Водяныепары со стадий концентрирования концентрируют и полученный конденсат .обработки частично или полностью обрабатывают обычным способом с цельюизвлечения иэ него мочевины и аммиака, после чего его отбрасывают.П р и м е р. Мочевину получаютв три стадии разложения на установке производительностью 1000 т в деньДавление в находящейся под высокимдавлением части установки 139 атм,на второй стаДии разложения 21,5 атми на последней стадии разложения 255 атм.В зону 3 конденсации высокого дав"ления подают 23611 кг МН , нагретыхдо 40 С и 41647 кг раствора карбамата с температурой 165 С,.содержащего17381 кг СО, 17466 кг МНэ и 679 кгНО. Температура в зоне 1 реакцииравна 183 С, молярное отношениеМН/СО составляет 3,2, В зону 2 отпаривания подают раствор синтезамочевины (68,202 кг), который отпаривают с помощью 16530 кг СО приодновременной подаче тепла. По трубопроводу 40 из эоны отпаривания отводят раствор, содержащий 22541 кг мочевииы, 3323 кг СО, 12524 кг МНэ и10146 кг НО, по трубопроводу 25 отводят газовую смесь, содержащую25149 кг СО, 19904 кг МНэ и 1145 кгН О, В зону 6 контакта подают54092 кг раствора синтеза мочевины,который обрабатывают 14025 кг С 01. Из нижней части эоны 6 контакта отводят раствор, содержащий 19222 кг мо-чевины, 1562 кг СО, 10619 кг МНз и8874 кг Н О. Из верхней части той же 50воны отводят газовую смесь, содержащую 10949 кг СО, 6407 кг, МН э и 484 кг воды. Давление на удаленный из зоны контакта раствор затем снижают до 22 атм. В результате в сепараторе 7 для разделения жидкости и газа получают 4234 кг газовой смеси, , содержащей 2715 кг СО, 1375 кг МНэ и 144 кг Н О, которую отводят по трубопроводу 33. Кроме того, получают 46043 кг жидкой фазы, содержащей 19221 кг мочевины, 8847 кг СО, 944 кг МН и 873 кг Н О.Газовую смесь, отведенную из зоны 2 отпаривания и по трубопроводу 27 иэ зоны б контакта, частично конденсируют в первой зоне 3 конденсации высокого давления с получением 86 196 кг раствора карбамата. Время пребывания смеси в этой зоне подбирают таким, чтобы в указанном растворе образовалось 17234 кг мочевины, раствор также содержит 24989 кг СО, 31404 кг МН и 12543 кг Н О. Еще одну порцию несконденсировавшейся газовой смеси конденсируют во второй зоне 4 конденсации высокого давления, так что в зону 1 синтеза подают раствор, содержащий 34336 кг СО, 42702 кг МН, 13 126 кг Н О и 17234 кг мочевины, вместе с газовой смесью, содержащей 6506 кг СО, 14931 кг МН и 463 кг Н О.Тепло, выделяющееся в зоне 3 конденсации высокого давления, отводят эа счет разложения присутствующего в жидкости карбамата на МНэ и СО, После разделения полученной в результате реакции смеси на жидкую и газовую фазу под давлением 21,5 атм и температуре 159 С по трубопроводу 38 отводят поток газа, содержащий 7681 кг СО, 6616 кг МНэ и 1546 кг Н О, а по трубопроводу 39 - раствор, который кроме 19 126 кг мочевины содержит 1056 кг СО, 2684 кг МН и 7 156 кг Н О. Этот раствор и раствор, отведенный из зоны 2 отпаривания, доводят до давления 5 бар, и полученную смесь пропускают в сепаратор 9 для разделения жидкости и газа. По трубопроводу 43 в зону 11 конденсации пропускают газовую смесь, содержащую 2805 кг СО, 2308 кг МН и 1081 кг Н О. В геплообменнике 1 О нагревают до 130 С раствор, отведеноный по трубопроводу 41 и содержащий 41667 кг мочевины, 1574 кг СО, 2900 кг МН и 16221 кг Н О. В результате по трубопроводу 42 отводят газовую смесь, содержащую 872 кг СО 882 кг МН з и 520 кг Н О. Для конденсации газовой смеси, подаваемой в зону 11 конденсации низкого давления по трубопроводам 42 и 43, трубопроводу 54 подают конденсат обработки(5920 кг), содержащий 702 кг СО и 2018 кг МН. После снижения давления с помощью снижающего давление клапана 20 по трубопроводу 44 поступает раствор мочевины с температу 5 рой 130 С, содержащий 41667 кг моче- вины, 702 кг СО, 2018 кг МНэ и ,15701 кг Н О, который пропускают в зону 12 нагрева первой стадии концентрирования. Необходимую для концентрирования теплоту получают за счет конденсации объединенных газовых потоков 33 и 38 во внетрубном пространстве эоны 12 нагрева, при этом используют раствор карбамата, полученный на стадии низкого давления и подаваемый по трубопроводу 45, который содержит 4379 кг СО, 5208 кг МНз и 4802 кг Н О и имеет температуфру 60 С. Из эоны 12 нагрева смесь жидкости с газом отводят в сепара. тор 14 для разделения жидкости, иэ которого под давлением 0,38 бар итемпературе 130 С по трубопроводу 25 50 отводят 4387 1 кг водного раствора мочевины, содержащего 41667 кг мочевины, 2193 кг Н О и следы ИНу.В зону 2 отпаривания подают под давлением 23,5 бар и 221 С 20300 кг водяного пара, что соответствует 487 кг на 1 т полученной мочевины. Во второй зоне 4 конденсации высокого давления получают 17800 кг пара низкого давления (5 атм). Иэ этого количества 2600 кг используют в теп- З 5 лообменнике 10 и 2630 кг - в зоне 13 нагрева второй стадии конденсации. Остальное количество используют для установки паровых эжекторов необходимого вакуума в сепараторах 14 и 15 для отделения водяного нара и в установке для очистки обработанной воды (не показана).45Таким образом, в предложенном способе на 1 т полученной мочевины необходимо 487 кг пара под давлением 23,5 атм, тогда как по известному , способу требуется 680-720 кг пара под давлением 25 атм, что позволяет сни ф эить энергозатраты. Формула изобретения Способ получения мочевины взаимодействием аммиака с двуокисью углерода при молярном соотношении 3,2: 1 температуре 183 С и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, содержащего карбамат и свободный аммиак, который направляют на стадию разложения, работающую под давлением зоны синтеза, и разлагают часть карбамата аммония с использованием отпаривания двуокисью углерода с одновременной подачей тепла, полученную при этом газовую смесь конденсируют в зоне конденсации получаемый конденсат и несконденсировавшуюся часть газовой смеси рециркулируют в зону синтеза, а раствор мочевнны, еще содержащий карбамат аммония стадии разложения, разлагают в двух последующих стадиях разложения с отделением образовавшейся газовой смеси, причем на первой иэ последукщих стадий разложения устанавливают давление 2 1,5 атм и подводят тепло, а на второй из последующих стадий разложения устанавливают давление 5 атм, оставшийся при этом мочевиносодержащий раствор испаряют с получением концентрированного раствора мочевины, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, на стадии разложения под давлением зоны синтеза часть раствора синтеза мочевины подвергают отпариванию с двуокисью углерода с одновременной подачей тепла, а другую часть раствора синтеза мочевины контактируют в адиабатических условияхс двуокисью углерода противотоком,полученные при этом газы смешивают в зоне конденсации, раствор мочевины, полученный в результате обработки в адиабатических условиях, подают на первую из последующих стадий разложения, а раствор, полученный в результате обработки при подаче тепла, подают на вторую иэ последующих стадий разложения.1494864 г 1 а Составитель Н.Куликоктор Л.Пчолинская Техред М,Дидык Корректор И.Иакс одписно ГКНТ ССС открытиям д 4/5ельскнй комбинат "Патен Проиэводственн Уагород, ул, Гагари аз 4136/58 Тираа 352 ПНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и 113035, Москва, Х, Раушская наб.