Способ получения мочевины

(19) 01) 02 4.(5 ОП ИЕ ИЗО Н ПАТЕНТ мане и К 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАйИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТНРЦтий(72) Андреас Йоханнес Бирес Йонкерс (Нидерланды)(71) Уни Ван Кунстместфабрикен Б,В (Нидерланды)(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫ путем взаимодействия аммиака и двуо окиси углерода при 180-190 С и давле. нии 130-140 кг/см , обработки в пер- . вой зоне разложения полученной реакционной смеси газообразной двуокисью углерода, подаваемой противотоком, при температуре 140 - 215 С и давлео нии, равном давлению синтеза, с получением при этом газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяного пара, которую рециклизуют на стадию синтеза, и последующей обработки оставшейся реакционной смеси во второй зоне разложения при давлении 2,5-.5 кг/см с образованием газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяного пара и раствора моче- вины, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергетических затрат, газообразную смесь, полученную во второй зоне разложения, обрабатывают в разделительной колонне при давлении 2,5 кг/смф, температуре в нижней части 106 С и в верхней часо ти 0 С водой, вводимой вдоль колонны, до получения водного раствора ам- Я миака н двуокиси углерода, содержащего 903 воды, и газового потока двуокиси углерода с последующей десорбцией аммиака и двуокиси углерода иэ водного раствора острым паром при давлении 2,5 кг/см" с получением водного потока не содержащего газов, и вторичного газового потока, содержащего аммиак, остаточное количество двуокиси углерода и водяной пар, и последующей обработкой вторичногогазового потока при давлении 2,5 кг/см водой для получения газового потока, содержащего аммиак, 1153825Изобретение относится к способамполучения мочевины.Известен способ получения мочевины путем взаимодействия ИНи СОгпри повышенной температуре и давлении с образованием в зоне синтезамочевины в виде раствора:, обработкиэтого раствора мочевины в первойзоне разложения, на которой поддерживают повышенную температуру, где 10газообразная смесь ИН 5, СОг и Н Оотделяется от раствора, обработкиоставшегося раствора мочевины, содержащего остаточные ИН, СОг и карбамат во второй зоне разложения, на 15которой поддерживают повышенные температуру и давление, которое нижедавления в первой зоне и где карбамат аммония разлагается и отделяетсягазовая смесь ИН, СО 2 и НгО и получается в качестве продукта раствормочевины, почти свободный от карбамата Я.Недостаток возврата не превращенных ИН 1 и СО в виде раствора состоит 25в том, что вода вредно влияет наконверсию карбамата в мочевину, такчто должно быть больше разложенокарбамата и необходимо больше израсходовать пара для теплоты конверсии, ЗОИзвестен также способ, согласно которому разделяют ИН и СОг в выпускаемых газовых смесях селективной абсорбцией С 02, например раствором моноэтаноламина 1.2 .35Недостаток этого способа заключа"ется .в том, что поглощенная СО должна снова удаляться из поглощающегоагента нагреванием.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является спо.соб получения мочевины путем взаимодействия аммиака и двуокиси углеродапри 180-190 С и давлении 130-140 кг//см 2, обработки в первой зоне разложения получаемой реакционной массыгазообразной двуокисьюуглерода,подаваемой противотоком при 140215 С и давлении, равном давлениюсинтеза с получением газообразнойсмеси аммиака двуокиси углерода иводяного пара, которую рециклизуютна стадию синтеза, и пОследующей обработки оставляется реакционной смеси во второй зоне разложения при дав"ленин 2,5-5 кг/см,гПоглощение газообразной смеси ИН и СО выделенной при этом водойили водным раствором и удаление свободного из этого раствора при атмосферном давлении ристилляцией осуществляется с последующим отделениемСОг в отделительной колонне придавлении 5 - 20 атмосфер, хотя притаких способах ИН и СОгполучают поотдельности, так что онй могут рециркулироваться без воды и с помощьюкомпрессоров 3,Недостатком известного способа являются большие энергетические затраты, поскольку необходимо сперва подвергнуть расширению газовую смесьдо атмосферного давления и после отгонки ИН , остающийся раствор довести до давления 5 - 20 атмосфер. Еелираствор, оставшийся после удаленияСОг, применяется снова для поглощения свежей газовой смеси, то он должен опять подвергаться расширению доатмосферного давления. Кроме того,ИН выделяется при атмосферном давле 3нии и Возврат его на синтез мочевинытребует дальнейшей затраты энергии.Цель изобретения - снижение энергетических затрат.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу получения мочевины путем взаимодействия аммиака идвуокиси углерода при 180-190 С идавлении 130-140 кг/см, обработки позлученной реакционной массы в первойзоне разложения газообразной двуокисью углерода, подаваемой противотокомпри 140-215 С и давлении, равном давлению. синтеза, с получением при этомгазообразной смеси аммиака, двуокисиуглерода и водяного пара, кбторую рециклизуют на стадии синтеза, и последующей обработки оставшейся реакционной смеси во второй зоне разложенияпри давлении 2,5-5 кг/см" .с образованием газообразной смеси аммиака, двуокиси углерода и водяного пара ираствора мочевины, газообразную смесь,полученную во второй зоне разложения,обрабатывают в разделительной колонне при давлении 2,5 кг/смтемператуг.ре в нижней части 106 С и в верхнейочасти 40 С водой, вводимой. вдоль колонны, до получения водного растворааммиака и двуокиси углерода, содержащего 902 воды, и газового потока двуокиси углерода с последующей десорбцией аМмиака и двуокиси углерода изводного раствора острым паром придавлении 2,5 кг/см с получением вод- гного потока, не содержащего газов, и вторичного газового потока, содержащего аммиак, остаточное количество двуокиси углерода и водяной пар, и по. следующей обработкой вторичного газового потока при давлении 2,5 кг/см водой для получения газового потока, содержащего аммиак.. Способ позволяет проводить разложение карбамата и рециркуляцию ИНз и ,1 О СО без ненужной затраты энергии с экономией капиталовложений и включает комбинацию ступеней обработки смеси ИН 1, СО и НО, полученной путем разложения карбамата аммония, которой СО и ИН разделяются и которая в частности включает отделение СО в указанных условиях.На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа, 20В зоне синтеза мочевины 1 образуется раствор мочевины под давлением 130-140 кг/см при 180- 190 С. Зто раствор подается по линии 2 в отпарочную колонну 3, которая работа ет под давлением синтеза и противо- точно соединена при подводе тепла) со свежей СО, подаваемой по линии 4, Газовая смесь состояния из ИНСО и Н О, выделяемая в отпарной колонне,З 0 идет по линии 5 в конденсатор 6, который работает предпочтительнее.при давлении синтеза и в который подается количество раствора, образовавшегося в нижней части реактора 1 по 35 трубопроводам 7 и 8 с помощью эжектора 9 для повышения температуры конденсации, так что теплота конденсациивыделяется при возможно высокой температуре. С помощью этой теп лоты получается пар с давлением 1-6 кг/см , который может применятьгся где-либо в процессе. Эжектор работает с помощью ИН , который подается насосом 10 из резервуара 11, 45 Свежий ИН подается по линии 12. В конденсаторе 6 происходит полная или частичная конденсаций и абсорбция газовой смеси, подаваемой по линии 5. Образовавшийся таким образом раствор 50 карбамата и остальная часть если имеется) газовой смеси направляются в реактор мочевины 1.по линии 13наряду с раствором карбамата, образовавшимся при конденсации ИН , СО 55 и НО из газовой смеси, выходящей по линии 14 из. верха реактора мочевины 1, и которая содержит инертные компоненты, поступающие из свежих СО, ИН и, возможно, воздух или кислород прйменяемый для пассивации оборудования и трубопроводов. Эта конденсация происходит в конденсаторе продувочного газа 15, который присоединен к трубопроводу 13 или к нижней части реактора мочевины 1 трубопроводом 16, Газовая смесь, несконденсировавшаяся в продувочном конденсаторе, мржет направляться по трубопроводу 17 в абсорбер не показан), работающий при низком давлении, для извлечения еще присутствующего ИН. Однако возможна также подача раствора, получен ного в конденсаторе продувочного газа, в конденсатор 6 через эжектор 9,Отогнанный раствор мочевины из отпарочной колонны после расширения до давления 2-5 кг/см .в редукционном клапане 18 поступает по линии 19 в аппарат для разложения карбамата 20, в котором присутствующий еще карбамат практически полностью разлагается нагреванием. Газовая смесь, выходящая из зоны нагрева аппарата 20 вместе с раствором мочевины, отделяется от раствора в отделителе 21 и затем поступает в установку для разделения ИН, СО и Н О. Водный раствор моче- вины, полученной в отделителе 21 аппарата 20, расширяется в экспандере 22 до атмосферного давления, где выделяется еще некоторое количество растворенного ИН и водяного пара, впускаемых по линии 23. По трубопроводу 24 водный раствор мочевины идет в секцию 25, в которой он известным уже способом концентрируется выпариванием или кристаллизуется или может перерабатываться другим известным образом. Конечный продукт выходит через выход, 26.1Газовая смесь, отделенная от раст-. вора мочевины в отделителе 21, направляется по трубопроводу 27 в установку для разделения ИН, СО и Н О, которая в основном состоит из колонны 28 для отделения СО, .десорбционной колонны 29 и колонны 30 для отделения ИН, Зти колонны практически работают при одинаковом давлении 1 25 кг/см абс, Получается особое преЯимущество если система отделения раЭг ,ботает под давлением 1 - 6 кг/см абстак как в атом случае раствор, подаваемый в десорбционную колонну 29, может отгоняться паром образовавшим 3 1153825 бся в конденсаторе 6, Наиболее целесообразна работа системы отделения при том же давлении, как в аппарате для разложения карбамата 20 и в отделителе 21. В нижней части колонны 28 5 газовая смесь соприкасается с таким количеством воды, что МН 5 и НО почти полностью поглощаются или конденсируются и СО, содержащая лишь очень мало ИНи НО, поднимается в верхнюю часть колонны. Для этого вода нли водный раствор, т.е. конденсат процесса, из секции 25 подается по линии 31; далее, водные растворы из последующих стадий отделения рецирку" 15 лируются по линиям 32 и 33. В верхней части колонны 28 поднимающаяся газовая смесь промывается водой, подаваемой по линии 34 для удаления малых количество еще присутствующего БН. 2 О Эта вода с поглощенным ИН входит также в нижнюю часть колонны. Общее весовое количество воды, подаваемое в нижнюю часть колонны 28 по линиям 31 - 34 таково, что раствор, выходя щий из низа колонны, содержит 65-69 по весу воды, т.е. в 5-20 раз больше веса газовой смеси, подаваемой по линии 27. Как правило, оптимум содержания воды составляет 80-95 вес.ЗО и поэтому весовое количество добавляемой воды предпочтительно в 8-15 раз больше веса газовой смеси, При такой работе колонны удаление СО и МН из газовой смеси, отделенной в ,сепараторе 21, осуществляется при очень низком общем потреблении энергии в секции разделения. Температура в нижней части колонны от 70- 190 С, в верхней части колонны темпе 4 О ратура поддерживается 30 - 70 С.оИз верхней части колонны 28 сбрасывается по линии 35 СО, содержащая лишь несколько процентов воды и самое большее следы МН. Этот газ сбрасывается. Нижний продукт колонны 28 практически содержит весь МН, присутствовавший в газовой смеси, подаваемой по линии 27, неотделенную СО и воду. Этот раствор по линки 36 направляется в десорбционную колонну 29, в которой почти весь ИН и СО десорбируется с помощью, например,острого пара, подаваемого по ли, нии 37. Нйжним продуктом десорбцион ной колонны 29 является вода, которая теперь содержит такие количества ХНр и СО, которые лежат ниже пределов, допустимых для сброса в окружающую среду по существующим правилам, и сбрасывается по линии 38, к которой присоединена линия 32 колонны 28 для отделения СО. Часть нижнего продукта может быть направлена по линии 34 в колонну 28 в качестве промывочной воды, оставшаяся часть сбрасывается по линии 39 или частично возвращается в секцию 25.Головной продукт десорбционнойколонны 29, имеющий температуру,105-175 С и кроме СОд и воды содержащий практически весь МН, отделенный в сепараторе 21, а также количество циркулирующего МНу, направляется в колонну 30 для отделения ИНпо линии 40, через холодильник 41и линию 42 и в этой колонне с помощью воды, подаваемой по .линии 43,и жидкого аммиака, подаваемого полинии 44, СО и вода удаляются, Полученный таким образом практическичистый продукт по линии 45 направля -ется в охлаждающую установку 4 б, вкоторой конденсируется. Затеи жидкийИНу идет по линии 47 в складочныйрезервуар для ЯНз. Нижний раствор,образующийся в колонне для отделения МН и состоящий нз СО и водыпо линии 33 рециркулируется в колонну 28 для отделения СОг,В описанном процессе вода не возвращается в синтез мочевины из стадиинизкого давления, т.е. части процесса после редукционного клапана 8,В результате этого достигается значительно более высокая степень конверсии в реакторе мочевины, так что получается раствор, содержащий меньшекарбамата. Так как надо меньше разлагать карбамата в отпарочной колоннеи отгонка в ней лучше в виду низкогосодержания воды в растворе, то меньше пара, требуется для отпарочной колон.ны. Потребление пара для разделенияИН/СО/НО компенсируется уменьшением количества пара при обработкераствора мочевины, так как количество воды, которое должно. быть выпарено, меньше, Так как не раствор, атолько газообразный МН рециркулируется из стадии низкого давления, тооперация всей установки упрощается.Рабочая надежность увеличивается,так как более не требуется ненадежных карбаматных насосов.П р и м е р 1 (количества даютсяв кмоль в, час), В описанную установкусинтеза мочевины при 180 и давлениио140 кг/смг по линии 12 подается2317 кмоль МН и по линии 4 подается 51143 кмоль СО для получения1019 кмоль мочевины в водном растворе. Давление в реакторе мочевины 1,отпарочной колонне. 3, конденсаторе би конденсаторе продувочного газа 15140 кг/см. В отпарочной колонне 3с помощью свежей СОг при нагреваниипаром 215 С из раствора мочевины реоактора 1 отгоняется .2542 кмоль МН,551 .кмоль СОг и 132 кмоль НгО. В кон. 15денсаторе б газовая .смесь, поступающая по линии 5, частично конденсируется, с помощью подаваемой по линии 8смеси свежего МНи раствора, засасываемого из реактора мочевины. Из образованной таким образом газожидкостиой смеси и раствора карбамата, образованного в продувочном конденсаторе15, состоящей из 497 кмоль МН,169 кмоль СОг, 33 кмоль Н О, образуется раствор синтеза в реакторе мочеовины 1 при средней температуре 183 С,которя наряду с 1061 кмоль мочевины,содержит 2683 кмоль МН, 627 кмоль СОи 119 моль Н О. Поэтому конверсия СОЕВОдостигает 62,87.Раствор, состоящий из 1019 кмольмочевины 225 кмоль МН, 118 кмольСОг и 1019 кмоль НгО выпускается из, 124 С в аппарат 20 для разложения кар.обамата, после расширения до давления2,5 кг/см , Образовавшаяся газоваягсмесь, состоящая из 151 кмоль МНЗ,.98 кмоль СОг и 159 кмоль НгО, отделяется в сепараторе 21 от остального раствора мочевины, который кроме1019 кмоль мочевины и 860 кмоль воды,все еще содержит 74 кмоль МНз и20 кмоль СОг . Большая часть МН и 45СОг удаляется в расширительном резервуаре 22 и таким образом получается водный раствор мочевины,Газовая смесь, отделенная в сепараторе 21, подается в нижнюю часть 5 Оразделительной колонны 28 для угле-.кислоты, в которой поддерживаетсядавление 2,5 кг/см , и обрабатываетгося там при 90 С конденсатом из конечной стадии процеСса, который содержит 1117 кмоль НгО, 5,5 кмоль МНЗ.и 2,25 кмоль СОг. Кроме того, в колонну 28 по линии 32 подается 3700 кмоль Н О, содержащий следы МН.по линии 33 йодается 739 кмоль Н О,298 кмоль МН и 134 киоль СО и полинии 34 подается 157 кмоль Н О. Тем.пература растворов, подаваемых полиниям 32 и 33 соответственно 88ои 85 С, а температура промывной воды, подающейся по линии 34 равнао40 С. Газовая смесь, выходящая изверха колонны 28, состоит из143 кмоль СОг и 3 кмоль Н О. Нижнийраствор, имеющий температуру 106 Си состоящий из 5939 кмоль НгО,461 кмоль МН и 92 кмоль СОг, подается в десорбционную колонну 29. Вэту колОнну подается также газоваячсмесь, ьыделенная из верхнего продукта конденсатора 15 продувочного газа, состоящая из 156,5 кмоль МН39,2 кмоль СОг и 37 1 кмоль НгО, и внижнюю часть десорбционной колонный29 вводится пар с температурой 138 С,Часть нижнего продукта этой колонны,который состоит из 6972 кмоль Н О и2.следов МН и СОг, подается по линиям 32 и 34 и разделительную колонну 28 и остальная частично как промывочная вода - в колонну 30 по линии 43, а остаток используется гделибо в процессе или сбрасывается вканализацию,1Газовая смесь, выходящая из верхадесорбционной колонны 29 с температурой 110 С и состоящая из 618 кмольМН, 134 кмоль СОг и 709 кмоль Н О,опосле охлаждения до 8 С в холодильнике 41 разделяется в колонне 30 путем промывки 29 кмоль НО при 40 Си 170 кмоль МН при -15 оС и, такимобразом, получают 490 кмоль чистого МНП р и м е р 2 (количества даютсяв кмоль в час). В описанную установку синтеза мочевины при 190 С и даво,ленни 130 кг/смг по линии 12 подается 2317 кмоль МН и по линии 4 подается 1143 кмоль СОг для получения1019 кмоль мочевины в водном растворе. Давление в реакторе мочевины 1,отпарочной колонне 3, конденсаторе би конденсаторе продувочного газа 15130 кг/см, В отпарочной колонне 3 сгпомощью свежей СОг при нагреванииопаром 140 С отогнано из раствора мочевины реактора 1 отгоняется2542 кмоль МН, 551 кмоль СО и2132 кмоль НгО. В конденсаторе 6 газовая смесь, поступающая по линии 5частично конденсируется с помощью подаваемой по ликии 8 смеси свежегоИН и раствора засасываемого иэ реактора мочевины. Из образованной такимобразом гаэожидкостной смеси и раствора карбамата, образованного в продувочном конденсаторе 15, состоящейиз 497 кмоль ИН, 169 кмоль СО33 кмоль Н 70, образуется раствор синтеза в реакторе мочевины, 1 при средней температуре 183 С, который нарядус 1061 кмоль мочевины содержит2683 кмоль ИН, 627 кмоль С 07 и119 кмоль Н 70, Поэтому конверсия СОдостигает 62,87. 15Раствор, состоящий из 10,19 кмоль .мочевииы, 225 кмоль ИН, 1(8 кмольСО , 1019 кмоль СО 7 и 1019 кмоль Н О,выйускается из отпарочной колонны 3нагретым до 124 С в аппарат 20 для 20разложения карбамата после расширениядо давления 25 кг/см , Образовавшуюся,7газовая смесь, состоявшая из 151 кмольИН , 98 кмоль СО 7 и 159 кмоль Н 70,отделяют в сепараторе 21 от остально го раствора мочевины, который кроме1019 кмоль мочевины и 860 кмоль водывсе еще содержит 74 кмоль ИН и20 кмоль СО 7, Большая часть ИН иС 07 удаляется в расширительном резер-Мвуаре 22, и таким образом получаетсяводный раствор мочевины,Газовая смесь, отделенная в сепараторе 21, подается в нижнюю частьразделительной колонны 28 для углекислоты, в которой поддерживается давление 2,5 кг/см , и обрабатываетсятам при 90 С конденсатом из конечнойстадии процесса, который содержит1117 кмоль Н 7 О, 5,5 кмоль ИН и2,25 кмоль С 07. Кроме того, в колонну28 по линии 32 подается 3700 кмольН 70, содержащей следы ИНу, по линии33 подается 739 кмоль НО, 298 кмоль. ИНу и 134 кмоль С 07 и по линии 34подается 157 кмоль Н 70, Температурарастворов, подаваемых и по линиям32 и 33 соответственно 88 и 85 С, атемпература промывной воды,. подавающейся по линии 34 равна 40 С, Газовая 5смесь, выходящая из верха колонны 28,состоит из 143 моль СО и 3 кмольН 70. Нижний раствор, имеющий температуру 106 оС и состоящий из 5939 кмоль НО, 461 кмоль ИН и 92 кмоль СО 7, .подается в десорбционную колонну 29, В эту колонну подается также газовая смесь, выделенная иэ верхнего продукта конденсатора 15 продувочного. газа, состоящая из 156,5 кмоль ИНЗ, 39,2 кмоль СО и 371 кмоль Н 70, и в нижнюю часть десорбционной колонны 29 вводится пар с температурой 138 С. Часть нижнего продукта этой колонны, который состоит из 6972 кмоль Н 70 и следов ИН и СО, подается по линиям 32 и 34 в разделительную колонну 28.и остальная частично как промывочная вода - в колонну 30 по линии 43, а остаток используется, где-либо в процессе или сбрасывается в канализацию.Газовая смесь, выходящая из верха десорбционной колонны 29 с температурой 1 10 оС и состоящая из 618 кмоль ИНу, 134 кмоль С 07 и 709 кмоль Н 70 после охлаждения до 87 С в холодильнике 41, разделяется в колонне 30 путем промывки 29. кмоль НО при 40 С и 170 кмоль ИН при -15 С и, таким образом получено 490 кмоль чистого ИН. По сравнению с известным способом эксплуатационные расходы по использованию предлагаемого способа приблизительно на 1 гульден на 1 т мочевины ниже, капиталовложения на величину от 1 до 1,5 гульден на тонну мочевины тоже ниже Срасчеты сделаны на основании голландских цен на сырье и оборудование). Другие важные преимущества способа следующие:отсутствует сброс пара низкого давления;отсутствует возврат воды из. установки разложения при низком давлении в реактор для синтеза;больше не требуются насосы для подачи карбамата (и вспомогательные устройства) со сложными трубопровода 1количество сточной воды, котороев известном, способе составляет около1,35 моль на 1 моль мочевины, уменьшается примерно до 1 моль на 1 моль мочевины.т1153825 Составитель В,Сапуноведактор С.Тимохина Техред С.Легеза Корректор И.Муск ное Зака П 4 наб. Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.йроектна 534/44 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, Ж