Способ получения мочевины

(19) (И) и С 07 С 12 0 ОРСКОМУ С ЬСТВУ яют тво аай ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по ДеЛАМ ИзОБРеТенИЙ и ОтнРыти."Химия", 1970, с. 187-208,2. Патент Англии В 952764,кл. С 2 С, опублик. 1964.3. Патент Англии У 1173195,кл. С 07 С 127/04, опублик. 1969.4. Авторское свидетельство СССРВ 692257, кл. С 07 С 126/02, 1976.5. Патент Англии У 1181039,кл. С 07 С 127/04, опублик. 1968.6. Соколов Е.Я. и др. Струйныеаппараты. М., "Энергия", 1970, с. 10.(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ,включающий ее синтез из аммиака идвуокиси углерода при 180-, 230 С идавлении 150-220 кгс/см, выделениеиз плава синтеза непрореагировавшихИН и СО с последующей их абсорбцией-конденсацией и рециркуляцией вузел синтеза образующегося растворауглеаммонийных солей, причем газы,отделенные из плава синтеза, рециркулируют в процесс после контактирования с потоком веществ, предназ;наченных к введению в узел синтеза,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью снижения энергетических эатрат, выделение из плава синтезанепрореагировавших ЯНз и СО проводят при давлении 100-220 кгс/см, авыделенные при этом газы направлна контактирование с потоком расра углеаммонийных солей, имеющимдавление 170-300 кгс/см .1 11186Изобретение относится. к усовер.шенствованному способу получения. мочевины из аммиака и двуокиси углерода.Известен способ получения мочевины с полным жидкостным рециклом не- конвертированных ЯНз и СО . Сущность его состоит в тем, что сийтез мочежины из,НН и СО осуществляют при высокой температуре (160-230 фС) и 1 О давлении (160-400 кгс/см), а также ри значительном избытке аммиака .молярное соотношение ЯН : СО сосгавляет 3,6-6,0); плав сйнтеза моче" вины подвергают дистилляции в нес колько ступеней при последовательно снижающемся давлении; газы дистилля" ции конденсируют в присутствии водного абсорбента с образованием рециркулируемого раствора углеаммонийных солей (УАС) Г 1 3Основным недостатком способа с жидкостным рециклом является высокий расход энергетических средств, необходимых для ступенчатой дистилляции 25 и последующего компремирования рециркулируемых газов.Известен стриппинг-процесс получения мочевины. Этот способ характеризуется следующими особенностями: дистилляцию первой ступени проводят в токе СО при давлении 130-140 кгс/см 2 с утилизацией теплоты конденсации газов дистилляции; давление в зоне синтеза поддерживают на таком же уровне, как и при дистилляции первой ступени 2 .Недостаток стриппинг-процесса состоит в том, что в зоне синтеза нельзя поддерживать оптимальныепараметры, что снижает удельную производительность реактора синтеза и обусловливает возрастание его габаритов, металлоемкости и сложности изготовлечия.45В другой известной модификации способа с жидкостным рециклом предусмотреиш осуществление дистилляции 1 ступени при давлении 60-120 кгс/см и подача 25-503 свежей СО в зону50 конденсации газов дистилляции при том же давлении с утилизацией тепла.От рассмотренного выше стриппинг-процесса этот способ выгодно отличается возможностями эффективного осуществ 55 ления процесса синтеза 3.Однако этот способ уступает стрип- пинг-процессу по эффективности дистилляции и имеет определенные ограничения по уровню температуры, при которой утилизируется теплота кон" денсации газов днстилляции,и по количеству этой теплоты.Известен также способ получения мочевины, включающий ее синтез из аммиака и двуокиси углерода, выделение из плава синтеза непрореагировавших ИН и СО 2 с последующей их абсорбцией-конденсацией, по крайней мере, на двух ступенях давления (причем давление на первой ступени составляет 60-120 кгс/см), введение части свежей СО в узел выделения и абсорбции-конденсации НН и СО первой ступени. Согласно этому способу перед дистилляцией из плава синтеза выделяют избыточный аммиак сепарацией плава при давлении,60-120 кгс/см, дистилляцию первой ступени проводят в токе СО, газы дистилляции первой ступени конденсируют в двух зонахпри избытке СО 2 в газовой фазе впервой из этих зон, отсепарированныйизбыточный ИН подают во вторую зону конденсации, а раствор углеаммонийных солей перед рециркуляцией смешивакыт с жидким аммиаком Г 4 .В отличие от других перечисленных выше этот способ обеспечивает существенное снижение энергозатрат, Однакоему также свойственен принципиальныйнедостаток, заключающийся в ограниченности степени отгонки неконвертированных МН з и СО на первой ступенидистилляции. Поскольку теплоту конденсации-абсорбции газов дистилляции на ступенях среднего давления (порядка 12 кгс/см) и низкого давления (близкого к атмосферному) практически невозможно утилизировать, на этих ступенях, наоборот, приходится дополнительно потреблять энергию в виде оборотной охлаждающей воды.Наиболее близким. по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения мочевины, включающий ее синтез из аммиака идвуокиси углерода при 180"230 С и давлении 150-220 кгс/см 2, выделение изплава синтеза непрореагировавших ИНз и СО 2 с последующей их абсорбцией-конденсацией и рециркуляцией в зону синтеза образующегося раствора углеаммонийных солей, причем газы, отделенные из плава синтеза, при давлении 135 кгс/см контактируют в эжекторе с рабочим (энерго11186знесущим) потоком газообразной СОили жидкого НН 5, сжатым до давленияне ниже давления синтеза 5 ,Этот способ обеспечивает существенное снижение энергозатрат. Однакопри контактировании потоков почтиполностью отсутствуют конденсацияи растворение ИН и СО из газовойфазы узла выделейия в рабочем потоке(соответственно в газообразной СОили жидком МНЗ), что ведет к значительным затратам энергии на адиабатическое сжатие неконденсирующейсячасти газового потока. Это обстоятельство требует обеспечения. давления 15энергонесущего (рабочего). потока насотни атмосфер выше давления синтеза.Цель изобретения - снижение энергозатрат на всех последующих стадияхспособа путем, увеличения отгонки20непрореагировавших ЯН и СО изплава синтеза мочевины на ступени.высокого давления,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу получениямочевины, включающему ее синтез изаммиака и двуокиси углерода при180-230 С и давлении 150-220 кгс/см,выделение из плава синтеза непрореагировавших ЯНУ и Сог с последующейих абсорбцией-кондейсацией и рециркуляцией в узел синтеза образующегосяраствора углеаммонийных солей, причемгазы, отделенные из плава синтеза,рециркулируют в процесс после контактирования с потоком веществ, предназ-. З 5наченных к введению в узел синтеза,выделение из плава синтеза непрореаРировавших ИНэ и СО 2 проводят придавлении 100-220 кгс/см, а выделен 40ные при этом газы направляют на контактирование с потоком раствора углеаммонийных солей, имеющим давление170-300 кгс/см.В предлагаемом способе (как и в45способе-прототипе) предусмотренасепарация плава и рециркуляция полученных газов в зону синтеза с помощьюэжектора.Основное отличие предлагаемогоспособа состоит в том, что в качестве5 Эрабочей среды эжектора применяютраствор углеаммонийных солей (УАС),тогда как в способе-прототипе дляэтой цели используют газообразнуюСО либо жидкий ИН .55В используемых на практике способахполучения мочевины необходимо под 37 4держивать определенные соотношения между реагентами; Вследствие этого ресурсы упомянутых потоков: раствора УАС, газообразной СО и жидкого ВН3 довольно строго регламентированы.В частности, количество рециркулируемого раствора УАС примерно в 3 раза больше, чем количества СО и ЮНФ подаваемых в реактор синтеза моче- вины. Из теории струйных аппаратов, известно, что эффективность работы эжекторов пропорциональна массовому расходу рабочей среды 61. В этой связи использование в качестве рабочего потока. раствора УАС дает несомнейное преимущество перед использованием газообразной СО эйли жидкого ИН .Кроме того, при использовании раствора УАС в примененном эжекторе эффективность последнего дополнительно возрастает за счет высокой абсорбционной способности раствора по отношению к отсепарированным газам.Значительная часть этих газов при контактировании с раствором УАС конденсируется и растворяется и, в результате, исключаются затраты работы на их адиабатическое сжатие. Газооб-, разная СО и жидкий ЯН такой способностью не обладают.В способе-прототипе в качестве основного варианта рабочей среды эжектора следует рассматривать ЯН как наиболее экономичный вариант выполнения известного способа. Этосвязано с тем, что при одном и том жемассовом расходе энергозатраты насжатие газообразной СО. существенновыше, чем на сжатие жидкого БНз.В связи с этим, а также учитывая,что настоящий способ предусматриваетиспользование в эжекторе (в качестверабочего потока) жидкостной среды,вариант применения в эжекторе газо"образной СО далее не рассматрива"ется,В описании способа-прототипа (в том числе и в примерах) не указано давление рабочего потока перед эжек-, тором. Выполненный по известной методике Г 11 расчет показал, что для осуществления способа-прототипа газообразную С 02 пришлось бы сжимать до 800 кгс/смф, а жидкий ВНз - примерно до 5000 кгс/см. Из-за таких парамет" ров применение способа-прототипа, ,безусловно, нельзя считать целесообразным.1118637 35 энергозатрат.50На чертеже изображена схема реа" лизации предлагаемого способа.П р и м е р 1. Согласно чертежу в колонну 1 синтеза мочевины, в котоо рой поддерживают температуру 195 С и55 давление 220 кгс/см, подают (все количества в кг/ч) 35417 жидкого аммиака (поток 2) с температурой 24 С и давлением 220 кгс/см, поток 5При сопоставлении эффективностииспользования двух сравниваемых способов в конкретных условиях процессасинтеза мочевины установлено, чтопри давлении рабочей среды (раствора 5УАС) в предлагаемом способе 170 кгс/смэжектор рециркулирует из сепараторав зону синтеза 8923 кг/ч парогазовойсмеси. Если же в качестве активногопотока использовать как в прототипе 1 Ожидкий ЯН то при идентичных энергозатратах на сжатие рабочей средыколичество инжектируемого потокасоставляет всего 6745 кгс/ч. Приэтом жидкий КН необходимо сжать до 15давления 570 кгс/см . Для этогонеобходимо специальное оборудование.Если же давление жидкого ЯНз,подаваемого в качестве рабочей средыв эжектор, принять равным 170 кгс/см,20то эжектор фактически не будет работать (инжектируемый поток составитвсего 22,3 кг/ч) .Таким образом, преимущества использования раствора УАС в качестве 25рабочей среды эжектора по сравнениюс потоком жидкого ЮНз очевидны.Принятые интервалы давлений в.зоне дополнительной сепарации (100-220 кгс/см) и для потока УАСЗ 0(170-300 кгс/см) обусловлены следу- .ющими соображениями. При давлениисепарации ниже 100 кгс/см становится затруднительным введение значи-.тельной части выделенного газовогопотока в узел синтеза беэ дополнительных энергозатрат. Давление выше220 кгс/см в узле дополнительнойсепарации обеспечить невозможно,так как технологический процесс вузле синтеза проводится при давлениине выше 220 кгс/см .При давлении потока УАС ниже170 кгс/см становится невозможнымвведение УАС и газовой фазы из сепаратора в колонну синтеза. Давлениетого же потока выше 300 кгс/смсоздавать не рационально, так как этопотребует значительных дополнительных 3 - 34000 газообразной СО и 355 инерг тов с температурой 160 С и давлением 220 кгс/см и поток 4 - 128478 рециркулируемого раствора (66683 аммиака, 41700 двуокиси углерода, в том числе 11833 свежей двуокиси углерода, 19900 воды и 195 инертов). Плав 5 синтеза, отводимый из колонны 1 (62500 мочевины, 66683 аммиака, 29867 двуокиси углерода, 38650 воды и 550 инертов), дросселируют до 100 кгс/см и подают в сепаратор 6. Из аппарата 6, где поддерживают температуру 160 С, выводят жидкую фазу 7 (62500 мочевины, 57948 аммиака, 28752 двуокиси углерода, 36720 воды и 300 инертов) и газы. Часть газов (поток 8) в количестве 1920 аммиака, 245 двуокиси углерода, 425 водыи 55 инертов направляют в узел 9 абсорбции-конденсации, Другую часть газов - поток 10 (6815 аммиака, 870 двуокиси углерода, 1505 воды и 195 инертов) - вводят на контактирование с потоком 11 119093 рециркулируемого раствора УАС (59868 аммиака, 40830 двуокиси углерода и 18395, воды) с температурой 130 С и давлением 300 кгс/см в эжекторе .12. Смешанный поток 4 после эжектора 12 подают в колонну 1 синтеза. Жидкую фазу 7 дросселируют и направляют в узел 13 выделения непрореагировавших ИН з и С 02, где процесс ведут последовательно на трех ступенях давления - 70, 12 и 3,5 кгс/см и соответственно при температурах 160, 155 и 125 С.Из узла 13 выводят раствор 14 (62500 мочевины, 1800 аммиака, 1100 ,двуокиси, углерода и 27300 воды) с соответствующей температурой и дав" лением а также газы 15 (56148 аммиака, 27652 двуокиси углерода, 9420 воды и 300 инертов) . Газы 15 направляют в узел 9 абсорбции-конденсации, куда вводят также поток 8 газов (состав указан ранее) из сепаратора 6, поток 16-11833 свежей двуокиси углерода и поток 17 раствора углеаммонийных солей низкого давления (1800 аммиака, 1100 двуокиси углерода и 8550 воды). Из узла 9 абсорбции-конденсации выводят в эжектор 12 поток 11 углеаммонийных солей (состав указан ранее) и поток 18 (355 инертов). Поток 14 направляют в узел 19 концентрирования раствора, где процесс проводят в две ступени со следующими параметрами: первая сту7 1118637 8 пень - температура 130 С, давление При этом выделяют пары 21 (25200 0,35 кгс/см и вторая ступень - воды, 1700 аммиака и 1050 двуокиси температура 140 С и давление .углерода), которые направляют на 0,04 кгс/см . В узле 19 получают абсорбцию-конденсацию, а затем возпоток 20 расплава мочевины (62500вращают в процесс. мочевины, 100 аммиака, 50 двуокисиуглерода и 2100 воды) с температурой140 С и давлением 0,04 кгс/см, который затем направляют на грануляцию Параметры, состав потоков по примерам. 2 3, 4 приведены в таблице. Пример 2 Количество, кг/чСО(ЯН) МНз СО Н О Инерты Всего1118637 Р, етв Ииерты Всего 480 60 105 25 670 165 215 5215 10 195 165 215 121861 130 225 62500 14 92650 140 3 330 98313 125 11833 160 1183316 220 1750 1100 8550 17 11400 45 70 355 18 64750 140 20 0,04 21 1650 1050 25200 Пример 4 35417 34355 -355 195 550 300 55 195 10 14 300 54464 26822 9937 11478 1746 1067 7731 70 10544 45 17 18 355 20 21 1646 101.7 24381 количество, кг/ч Иотфк,юа СО(ИН), ЯН, СО, Н,ОСоставитель В. ЖестковИ, Киштулинец Техред Л.Коцюбняк Коррек Е. Сирохман Редакт Тираж 409 Заказ 7366 пис о коми и откр та СССР ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауй аб., д. к Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,11 1118637Таким образом, в предлагаемом способе за счет осуществления дополнительной сепарации плава синтеза (без подогрева либо с подогревом) при давлении 100"220 кгс/см и пере 5 дачи выделенных газов в узел синтеза и первую ступень дистилляции в 1,05- 1,15 раза по сравнению с прототипом снижается количество газов дистилляции на последующих ступенях давле ния, соответственно уменьшаются габариты и металлоемкость аппаратуры этих ступеней, а также соответственно уменьшается расход оборотной воды на конденсацию этих газов. За счет дополнительной подачи газов, выделенных сепарацией под давлением 100-220 кгс/см, на контактирование с потоком УАС, подаваемым в колонну синтеза, возрастает количество ути,12лизируемого в этом узле тепла. Это позволяет снизить расход пара в тех" нологическом процессе в целом,Вследствие дополнительного по сравнению с прототипом. снижения количества газов дистилляции на ступенях высокого, среднего и низкого давления уменьшается потребление воды для их абсорбции, что служит предпосылкой уменьшения рецикла воды в зону синтеза, повышения степениконверсии сырья и дополнительной экономии энергетических средств на стадиях выделения и рекуперации непрореагировавших ЯН и СО.Предлагаемый способ позволяет снизить удельный (в расчете на 1 т.то-. варной мочевины) расход пара примерно на 0,03-0,06 т и расход охлаждающей воды на 2-4 м.