Способ получения мочевины

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИяК ПА 7 ЕЙУУ Сооа СоветскихСоциалистицескихРеспублик и 971093(51) М. Кл. С 07 С 126/02 Государстееииый комитет сссР Опубликовано 30.10.82. БюллЕтень40Дата опубликования описания 30.10.82оо делам изобретений и открытий Иностранцы Хироси Оно и Сигеру Иноуэ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ Изобретение относится к способу получения мочевины из двуокиси углерода и аммиака, в частности к усовершенствованию стадии отделения непрореагировавшнх компонентов из потока синтезированной мочевины и последующего ;возвращения их на стадию синтеза.Известен способ получения мочевины из двуокиси углерода и аммиака, согласно которому процесс ведут при 180-210 С и давлении 150- 400 кг/ем с последующим отделением и ре е циклом непрореагировавших компонентов на стадию синтеза. Обычно непрореагировавшие компоненты, содержащие избыток аммиака, углекислый газ и воду, рециркулируют или в виде газовой фазы, для чего непрореагиро вавшие компоненты подвергают сжатию, или в виде раствора, который получают путемконденсации или адсорбции водным адсор.бентом 11.Рециркуляция непрореагировавших компонентов в виде газа имеет ряд преимуществ: снижены потери тепла на стадии извлечения непрореагировавших компонентов и теплонеобходимое для этого получают в виде водтного пара из зоны синтеза мочевнны, гдещ поддерживается повышенная температура, по. скольку непрореагировавшие материалы рецяр. кулируют в зону синтеза мочевятщ в виде газовой смеси, имеющей высокую температуру. В то же время этот способ рециркуляции имеет и существеннью недостатки, основным из кото рых является значительная потребность в энер. гии на сжатие газовой смеси и трудности кон. струкционного характера, поскольку подвергаемая сжатию газовая смесь очень коррозионно опасна и имеет высокую температуру. Снижать температуру газовой смеси при ее сжатии нельзя, поскольку при понижении температуры может начаться конденсация и отверждение карбамата аммония, что может вызвать выход из строя компрессионной аппаратуры.. При рециркуляции раствора затрачивается значительно меньше энергии на сжатие раствора до давления синтеза мочевины, однако в этом случае значительны потери тепловой энергии. Последние вызваны тем, что конденсация или абсорбция синько нагретой газовой смеси требует эффективного охлаждения. Теплота конденсации или абсорбциянепрореагировав ших компонентов может быть использованав теплообменнике, однако эффективность ис. польэованного тепла очень невелика.Цель изобретения - снижение энергетических затрат.Поставленная цель достигается тем, что со. гласно способу получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при 180 - 185 С и давлении 160 - 180 кг/см с последующим отделением и,рециклом непрореагировавших компонентов на стадию синтеза процесс проводят при мольном со О отношении аммиака к двуокиси углерода 5:1 - 12:1 с последующим отделением непрореагировавших компонентов при температуре на 5 - 25 С идавлении на 0,5 - 5 кг/см, превышающих тем,пературу и давление в зоне синтеза, и конденсацией 20 - 90% отделившейся газовой смеси с по-следующим раздельным рециклом .газовой смеси и конденсата в зону синтеза. На чертеже приведена схема, поясняющая 211предлагаемый способ.Исходные аммиак и двуокись углерода подаютв зону 1 восстановления. тепла по трубопрово.дам 2 и 3 соответственно. В зоне 1 восстановления тепла поддерживают давление на 0,1 кг/см э 5или более выше, чем давление в зоне 4 синтезамочевины, и температуру синтеза мочевины. Взоне 1 восстановления тепла исходные аммиаки двуокись углерода вступают в реакцию другс другом с образованием карбамата аммония,во время которой выделяется тепло, приэтом часть этого тепла используют для проведения операции в зоне 4 синтеза мочевины, а дру.гую часть отводят с паром. Зона 1 восстановления телла связана трубопроводом 5 с зоной4 синтеза мочевины, в которой поддерживаюттемпературу 180 - 185 ф С и давление 160180 кг/ему, Поток синтезированной мочевиныиз зоны 4 синтеза мочевины через выходноеотверстие по трубопроводу 6 проходит к насосу7, в котором его давление возрастает на0,2 кг/смз или более,Сжатый таким образом раствор поступаетв сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9. Сепаратор 8 высокого давления работает под давлением на 0,5 кг/ем или более выше, чем давление в зоне 1 восстановления тепла,и нагревается горячей жидкостью, поступающейпо трубопроводу 10 и отводимой по трубопроводу 11, Непрореагировавшие материалы отделя.ют в сепараторе 8 высокого давления от пото. 5 Ока синтезированной, мочевины в виде газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода иводяного пара и подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. В то же время поток сйнтезированной мочевины, из которого были выделены непрореагировавшие Материальг, последовательно поступает по трубопроводу 13 сначала в сепаратор 14 среднего давле 971093 4ния, а затем в сепаратор 15 низкого давления для отделения иэ него небольших количеств оставшихся непрореагировавших компонентов и в заключение отводится по трубопроводу 16 в виде водного раствора мочевины, содержащего лишь следы непрореагировавших компонентов.Так, в сепараторе 14 среднего давления, в котором поддерживается давление 14 - 18 кг/см и температура 140 - 170 С, отделяют 20 - 90% непрореагировавших веществ из потока синтезированной мочевины и выводят их по трубопроводу 17 в вцце газовой смеси углекислогогаза, аммиака. и водяных паров. Поток синтезированной мочевины, из которого таким образом отделили непрореагировавшие продукты, по трубопроводу 18 подают в сепаратор 15 низкого давления, в котором.все непрореагировавшие компоненты отделяют от потока син.теэированной мочевины. Полученный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16, В сепараторе низкого давления поддерживают температуру 110 - 145 С и давление в пределах 0,05 - 3,5 кг/см, при этом смешанный газ из двуокиси углерода, аммиака и водяных паров отделяют способом, описанном выше.Газовую смесь, отделенную в сепараторенизкого давления, подают затем по трубопроводу 19 в конденсатор 20 низкого давления, в котором гаэ охлаждают до 30 - 60 С для конденсации и образования водного раствора, содержащего карбамат аммония; Водный раствор подвергают сжатию и подают в конденсатор 21 умеренного давления с помошью насоса 22, В конденсаторе 21 умеренного давления смененный газ, поступающий по трубопроводу 17 и состоящий из двуокиси углерода, аммиака и водяных паров, абсорбируется при 50 - 120 С. Полученный раствор возвращают затем в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 23 с помощью насоса 24.П р и м е р 1. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи 56,8 т/день и 74,0 т/день соответственно, а затем по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими материалами по трубопроводам 12 и 23. В зоне синтеза мочевины устанавливают температуру 185 С и давление 180 кг/см . Поток синтезированной моче- вины из зоны синтеза имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 102,1; карбамат аммония 43,4; аммиак (НН 3:С 02= 5,051117,1; вода 47,1;, биурет 0,4. Поток синтезированной моче вины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7 где егд давление возрастает до 183 кг/см, а затем в сепаратор высокого давления по тру.бопроводу 9.В сепараторе высокого давления поддерживают температуру 195 С и давление 188 кг/см,9710 воды и возвращают в зону 1 восстановлениятепла по трубопроводу 12, Сепаратор 8 поддерживают в нагретомсостоянии посредствомпара с давлением 25 кг/см . Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав,вес, ч.: мочевина 101,3; аммиак 15,4; вода39,0; карбамат аммония 6,4; биурет 0,2.Поток синтезированной мочевнны поступает всепаратор 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру 170 С и давление118 кг/см для отделения большей части остав.шихся непрореагировавших компонентов иэ,потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживаюттемпературу 140 С и давление 0,5 кг/ем дляотделения всех остаточных непрореагировавших .материалов, Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16.В то же время отделенные непрореагировавшие низкого давления н далее в конденсаторе 21умеренного давления и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 6,9 вес. ч; карбамата аммония, 15;5 вес. ч,аммиака и 8,5 вес, ч. воды.Количество конденсата в смеси газа, содержа щего аммиак, двуокись углерода и воду, втепловой зоне 1 восстановления составляет примерно 90 вес,%. Полученный конденсат и оставшиися смешанныи газ рециркулируют в зону 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5П р и м е р 3, Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи56,8 т/день и 74 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтезамочевины вместе с непрореагировавшими компонентами по трубопроводам 12 и 23. В зоне сей.теза мочевины устанавливают температуру185 С и давление 180 кг/см . Поток синтези-рованной мочевины иэ зоны синтеза мочевины имеет следующий состав, вес,ч.: мочевина 101,5; карбамат аммония 45,6; аммиак (МНз.СО= 5,07) 118,4; вода 50,9; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастает до 180,5 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9.В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 190 С и давление 180,5 кг/ем В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 63 т/день аммиака, 4,9 т/день двуокиси углерода и 4,3 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12, Сепаратор 8 подцерживают в нагретом состоянии посредством 25 кг/см пара. 5 93 6В нем отделяют от потока синтезированноймочевины 107,2 т/день аммиака, 6,7 т/деньдвуокиси углерода и 5,5 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла.по трубопроводу 12. Степень конденсации смешанногогаза, содержащего аммиак, двуокись углеродаи воду, составляет около 80 вес.% в зоне 1восстановления тепла, а полученный конденсати оставшийся смешанный газ рециркулируютв зону 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5. 103Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством пара с давлением 20 кг/см .Поток синтезированной мочевины в основаниисепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина. 100,4; аммиак 1 З, 14,9; вода 41,2; карбамат аммония 33,5; биурет 0,6. Поток синтезированной мочевинь 1 по-:ступает в сепаратор 14 среднегс давления, вкотором поддерживают температуру 170 С идавление 18 кг/см для отделения большей 20части оставшихся непрореагировавших материа- материалы конденсируют в конденсаторе 20лов из потока, поступающего .затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддержи.вают температуру 140 С и давление 0,5 кг/смдля отделения всех остаточных непрореагиро Юф вавших компонентов, Полученный 76%-ныйводный раствор мочевины отводят по трубопро.воду 16. В то же время отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируют вконденсаторе 20 низкого давления и далее в зконденсаторе 21 умеренного давления и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют взону 1 восстановления тепла в виде водногораствора, состоящего из 33,7 вес. ч. карбаматааммония, 15,4 вес. ч. аммиака и 10,8 вес. ч.воды.П р и м е р 2. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла потрубопроводам 3 и 2 прн скорости подачи57,2 т/день и 74 т/день соответственно и далееподают по трубопроводу 5 в зону 4 синтезамочевины вместе с непрореагировавшими материалами по трубопроводам 12 и 23. В зонесинтеза мочевины устанавливают температуру180 С и давление 169 кг/см, Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза имеетследующий состав, вес. ч.: мочевина 102;карбамат аммония 16,3; аммиак (ЯНз:СОг =11,5) 308,5; вода 65,0; бнурет 0,1. Потоксинтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давлениевозрастает до 171 кг/см , затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления потрубопроводу 9,В сепараторе 8 высокого давления поддер.живают температуру 200 С и давление171 кг/см, В нем отделяют от потока синтезированной мочевнны 297,7 т/день аммиака,6,0 т/день двуокиси углерода н 25,9 т/деньПоток синтезированной мочевины в основаниисепаратора 8 высокого давления имеет следую;.щий состав вес. ч,: мочевина 100,4; аммиак59,2; вода 46,3; карбамат аммония 38,3;биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины 5поступает в сепаратор 14 среднего давления, вкотором поддерживают температуру 170 С идавление 18 кг/см для отделения большейчасти оставшихся непрореагировавших матерна.лов из потока, поступающего затем в сепара. 10тор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140 С и давление 0,5 кг/смедля отделения всех остаточных непрореагироввавших компонентов. Полученный 77%.ныйводный раствор мочевины отводят по трубо. 15проводу 16. В то же время. отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируютв конденсаторе 20 низкого давления и далее,в конденсаторе 21 умеренного давления (сте.пень конденсации 88%) и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восста.новления тепла в виде водного раствора, состоящего из 37,6 вес.ч. карбамата аммония,59,6 вес.ч, аммиака и 16,1 вес, ч. воды.Пример 4,Аммиаки двуокись углеро. 25да подают в зону 1 восстановления теплапо трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи56,8 т/день и 74 т/день соответственно и далееподают по трубопроводу 5 в зону 4 синтезамочевины вместе с непрореагировавшими ком-.зопонентами по трубопроводам 12 и 23. В зоне4 синтеза мочевины устанавливают температуру /180 С и давление 160 кг/см, Поток синте.зированной мочевины из . зоны синтеза мочевины имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина102,1; карбамат аммония 45,2; аммиакйНз:СО,= 5,5) 135,7; вода 55,3; биурет 0,1.Поток синтезированной мочевины поступает потрубопроводу 6 к насосу 7, где его давлениевозрастает до 165 кг/см, а затем поток поступагоет в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9,В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 205 С и давление165 кг(см . В нем отделяют от потока синте.зированной мочевины 122,9 т/день аммиака,20,4 т/день двуокиси углерода и 129 т(деньводы и возвращают в зону 1 восстановлениятепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддер.живают в нагретом состоянии посредством25 кг/см пара. Поток синтезированной моче- .вивы в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес, ч,: мочевина 10 О,1; аммиак 28,6; вода 41,8; карбамат аммония 11,5; биурет 0,2, Поток синтезированной мочевины поступает в сепаратор 1455среднего давления, в котором поддерживаютимиературу 170 С и давление 18 кг/смф дляотделенйя большей части оставшихся непрореагировавших компонентов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в кото. ром поддерживают температуру 140 С и давление 0,5 кг/см для отделения всех остаточных непрореагировавших материалов. Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16, В то же время отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного давления степень конденсации 84%) и конденсат по тру. бопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 10,6 вес, ч. карбамата аммония, 29,0 вес, ч, аммиака и 11,8 вес. ч. воды.П р и м е р 5. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи 57,2 т/день и 74,1 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими материалами по трубопроводам 12 и 23. Взоне 4 синтеза мочевины устанавливают температуру 180 С и давление 169 кг/см .Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза мочевины имеет следующий состав, вес; ч.у мочевина 102,0; карбамат аммония 16,3; аммиак (МНз.СО, = 5,07) 308,5; вода 65,0; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает-по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастаетдо 171 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления цо трубопроводу 9.В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 185 С и давление 171 кг/см В нем отделяют от потока синтезированной моче. вины 194,5 т/день аммиака, 1,8 т/день двуокиси углерода и 14,5 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством 24 кг/см пара. Поток синтезиро. ванной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 101,9; аммиак 115,4; вода 50,5; карбамат аммония 13,1; биурет 0,1.Поток синтезированной мочевины поступает в сепаратор 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру 170 С и давление 18 кг/см для отделения большей части остав. шихся непрореагировавших материалов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140 С и давление 0,5 кг/см для отделения . всех остаточных непрореагировавших материалов, Полученный 77% ный водный. раствор мочевины отводят по трубопроводу 16, В то же время отделенные непрореагировавшие материалы конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного9 97093 1 Одавления и конденсат по трубопроводу 23 ре. в тепловой зоне 1 восстановления составляет, циркулируют в зону 1 восстановления тепла примерно 23 вес,%. Полученный конденсат и в виде водного раствора, состоящего нз оставшийся смешанный газ рециркулируют в зо14,4 вес. ч, карбамата аммония, 115,4 вес. ч. ну 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5.аммиака и 19,9 вес. ч, воды. 5 В табл; 1 и 2 приведены сравнительныеКоличество конденсата в смеси газа, содер- данные, характеризующие предлагаемый и иэжащего аммиак, двуокись углерода и воду, вестный способы.Таблица 1 Способ МИЦУИ-ТОАЦУ ТВ-С (улучш.) Менее 0,8 СТАМИ (удаление СО) Менее 0,9 0,75 СНАМ (удаление ЙНз) Способ согласно изобретению Менее 0,6 Таблица 2,Потребление пара, т/т мочевины Электроэнергия,кВт ч/т мочевины Способ Потребление Образование пара(низкое давление) МИЦУИ 155 0,9 0 145 1,05 0,25 СТАМИ 11 О О. СНАМ 1,05 МОНТЕ ЭДИСОН 1,10 140 0,25 Предлагаемый способ 0,70 150 0 Формула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кучерявый В, И Лебедев В. В. Синтези применение карбамида, Л., "Химия", 1970.с. 187-208. Из данных таблиц видно, что предлагаемый способ имеет преимущество перед известными способами не только в отношении качества мочевины, определяемого содержанием агломе ратов, но и в отношении экономии водяного пара,50 Способ получения мочевины из аммиака идвуокиси углерода при температуре 180 - 185 Си давлении 60 - 180 кг/см с последующим2 55отделением и рециклом непрореагировавшихкомпонентов на стадию синтеза, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения энерге.тических затрат, последний проводят при моль. ном соотношении аммиака к двуокиси углерода 5:1 - 12:1 с последующим отделением ненро. реагировавших компонентов при температуре на 5 - 25 С и давлении на 0,5 - 5 кг(см, превыша. ющих температуру и давление в зоне синтеза мочевины, и конденсацией 20 - 90% отделившей. ся .газовой смеси с последующиМ раздельнымрециклом.газовой смеси и конденсата в зону синтеза.971093 Составитель В, ЖестковРедакторВ. Петраш Техред И,Гайду, Корректор С. Шекмар Подписное илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная 444/79ВНИИПИ Госупо делам изо113035, Москва Тираж 445 ственного комитета СССР тений и открытийЖ.35, Раущская наб д, 4/