Способ получения мочевины

25 Б 2 Союз Советских Социалистических Республик, 12 о, 17/03 МПК С 07 сУДК 661.717.5(088.8) омитет по делам изобретении и открыт при Совете Министро СССРВ. И. Кучеряв М. И. Фридла иновьев, И, Н. Куригоьбедев, Б. П. Мельниковни С. М. Дановисследовательский и проектный институтсти и продуктов органического синтеза ОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИН Изобретение относится к области получения мочевины методом синтеза из аммиака и двуокиси углерода с,применением полного жидкостного рецикла для возврата непрореагировавших СОз и МНз в форме углеаммонийных солей. Обычно при таком способе жидкий аммиак и двуокись углерода вводят в колонну синтеза непосредственно или через смеситель, причем в колонне синтеза при давлении 160 - 200 кгсм 2 устанавливается сред няя температура 150 - 240 С за счет суммарной реакции образованиия мочевины через карбамат аммония, как промежуточный продукт. Первая ступень процесса - образование карбамата из МНз и СО, - протекает с выде лением тепла, вторая ступень - дегидратация карбамата с образованием мочевины - протекает с поглощением тепла. Вторая ступень - образование мочевины из карбамата аммония - представляет собой равновесный 20 процесс, и степень превращения в зависимости от содержания воды в карбамате, температуры, дааления и избытка аммиака может меняться в,пределах от 45 до 75%.Реакционная смесь содержит водный рас твор мочевины, не растворившиеся в воде газы, находящиеся в надкритичсоком состоянии, а также, неполностью пуореагировавшие и побочные продукты, из которых основным 5 вторызобретения Л. Н, Альтшулер, Г. НВ. ф. Соколова, В, В,явитель Государственный научно азотной промышленноявляется карбамат аммония, растворенный в воде в одной фазе с мочевиной. Смесь из реактора дросселируют и подогревают для разложения карбамата и выделения избыточного аммиака с последующим связыванием СОь содержащейся в отделенных газах, в виде водного раствора углеаммонийных солей, который возвращают в реактор синтеза, куда одновременно подают двуокись углерода (газообразную) и аммиак (жидкий).Согласно известному способу получения мочевины, наиболее близкому к предлагаемому, реакционные компоненты (аммиак и двуокись углерода) поступают в реактор, где под давлением 150 - 220 пт протекают реакции образования карбамата аммония и его дегидратации с получением мочевины. Отводимую из реактора смесь, включающую водный раствор мочевины, карбамат и растворенный аммиак, дросселируют до давления 10 - 45 кг/с,че и направляют через подогреватель с температурой около 120 - 1 б 0 С в сепаратор, из нижней части которого жидкую фазу, включающую раствор мочевины и карбамат, отводят в верхнюю часть колонны дистилляции, а газы из верхней части сепаратора отводят в нижнюю часть колонны фракционпрования.В колонне дистилляции при температуреоколо 110 С раствор мочевины отделяют от аммиака и двуокиси углерода и из нижней части выводят в узел выпарки с последующим гранулированием плава мочевины, Газы дистилляции, включающие аммиак, двуокись углерода и пары воды, подают в нижн 1 ою часть колонны фракционирования, орошаемой жидким аммиаком и аммиачной водой. Наканливаю 1 цийся в колонне фракционирования концентрированньш раствор карбамата аммония, содержащий аммиак, возвращают в реактор, а газовую фазу направляют в конденсатор, где поддерживают температуру 25 - 85" С дл 51 Отделения аммиака В жидком Виде, который частично подают на орошение колодины фракционирования, а остаток через буферную емкость - в линию свежего аммиака, вводимого в реактор, 1 емпературу в верхней и нижней частях колонны фракционирования поддерживают около ЗО - 10 и 90 - 110 С соответственно.Выходящая из конденсатора газовая смесь, содержащая аммиак и инертные газы, посгупает в промывную колонну, орошаемую водой, из нижней часгн которой выводят аммиачную воду, направляемую,на орошение в колонну фракционнрования, а из верхней - инертные газы, перекачиваемые в нижн 1 ою часть колонны дистилляции и частично удаляемые из установки через отводную лини 1 о.Однако при осуществлении этого способа подогрева второй ступени реактора и использование тепла абсорбции газов не решены.Прн проведении, процесса небходимо производить сжатие углекислого газа до 2 ОО с 1 тм.Кроме того, значительные затраты пара обычно предусматриваются на выпарку раствора мочевины перед ее грануляцией из 98 - 99"1 о.ного расплава.11 редлагается способ получения мочевины, основанный на следу 1 ощих положениях.1, Двуокись углерода под давлением 18 - 20 кг/сл 1 вводят в нижнюю часть колон. ны дистилляции 11 ступени. Туда же подаюг газы дистилляцин 1 ступени - аммиак и двуокись углерода. В результате образуется смесь утлеаммонийных солей, содержащая 1 Ч 1-1 з и СО в молярном соотношении 2 - 3 на 1 моль С 02. Эта смесь при температуре до 170 С образует раствор карбамата аммонияв воде.2. Отвод тепла из колонны дистилляции 11 ступени осуществляют,плавом мочевины, поступающим из колонны дистилляции 1 сгупени, при повышении температуры которого происходит разложение остатков карбамата аммония. Остальную часть избыточного тепла отводят циркулирующим теплоносителеч 1 и используют для подогрева аммиака и рециркулируемого раствора перед колонной синтеза мочевины. Часть теплоносителя перегревается до 250"С посредством прямого обогрева газами, образующимися при сжигании мазута или природных и нефтяных газов.3, После дистилляции 1 ступени плав мо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 чевины направляют в грануляционный аппарат с кипящим слоем.Г 1 редлагаемы 11 способ позволяет снизитьрасход электроэнергии за счет снижения расхода ее на сжатие углекислого газа, а такжеблагодаря снижению расхода пара и охлаждающей воды.На фиг. 1 изображена принципиальная схе.ма предлагаемого способа получения мочевины, вариант 1; на фиг. 2 - то же, вариант 2,Гредварительно сжатый до давления около200 кгсм- жидкий ач 1 ч 1 иак (сч 1. фиг. 1) подают в трубное пространство подогревателя 1,где с помощью теплоносителя он нагреваетсядо 100 - 120 С и далее поступает в нижнюючасть смесителя 2, куда также подают притемпературе около 200 С и давлении200 кг/сл 1- в виде водного раствора углеаммоннйных солей непревращенные в мочевинугазы дистилляции 1 и 1 ступеней,Таким образом, в смеситель 2 подаютаммиак, двуокись углерода и воду и мольном соотношении ХНзСО 2Н 20, равном4,5: 1: 1,4.Тщательно перемешанные в смесителе компоненты из верхней части направляют в нижшою часть, колонны синтеза 3. В колонне синтеза при теч 1 пературе 170 - 190 С и давленииоколо 200 кг/смд происходит реакция дегидратации карбамата аммония с образованиемч 1 очевины. В этих условиях и при вышеуказанном молярном соотношении поступающихаммиака, двуокиси у 1 лерода и воды степеньпревращения карбамата аммония в мочевинусоставляет 55 - 60%.Образовавшуюся реакционную смесь, состоящую из мочевины, карбамата аммония,избыточного аммиака и воды, выходящую изверхней части колонны синтеза, дросселируютдо давления 18 - 20 кг/сл 1- и,направляют вколонну 4 дистилляции 1 ступени, где из плава выделяется часть избыточного аммиака.,лидкую фазу с глухой тарелки, находящейся приблизительно в среднеи части колонны дистилляции 1 ступени, направляют втрубное пространство подогревателя б, в котором посредством подводимого тепла плавнагревается до температуры 140 - 165 С, Приэтом из плава выделяется большая часть избыточного аммиака и разлагается на аммиаки двуокись углерода до 90% карбамата аммония.Паро-жидкостную смесь из подопревателя 5подают в нижнюю часть колонны дистилляции 1 ступени, где Осущест 1 вляется разделениесмеси на газовую и жидкую фазы. жидкуюфазу, состоящую из мочевины, карбамагааммония, аммиака и воды, отводимую из нижней части колонны 4, дросселируют до давления 1 - 4 кг 1 сл 1- и направляют,во внутреннююкамеру колонны б дистилляции 11 ступени.Газовую фазу, поднимающуюся через патрубок глухой тарелки по колонне 4 и соединяющуюся с газовой фазой, образовавшейся5при дросселировании, подают из верхней части колонны 4 в нижнюю часть колонны б дистилляции 11 ступени. В этот же поток газовой смеси при давлении 18 - 20 кг/см- подают свежую газообразную двуокись углерода,В кэлонне б дистилляции в результате интенсивного перемешивания происходит абсорбция двуокиси углерода из газовой фазы с последующим образованием раствора карбамата аммония. Смесь образовавшегося раствора и непоглощенного газа из колонны б дистилляции направляют в нижнюю ча ть колонны 7 фракционирования, в которой происходит дополнительная и окончательчая абсорбция газов аммиачной водой, поступающей на верхнюю тарелку колонны 7. Между колоннами б и 7 циркулирует раствор в количестве, достаточном для обеспечения тесного контакта с поступающей тазовой фазой.Раствор карбамата аммония при температуре 100 С из колодины 7 фракционирования насосом 8 под давлением около 200 кг,см- подают;в нижнюю часть смесителя через подогреватель 9, в котором раствор нагревается до температуры около 140 С теплоносителем, циркулирующим через рубашку колонны б и нагревающимся в ней за счет тепла абсорбции, выделяющегося в колонне дистилляцци 11 ступени, и подогреватель 10, в котором раствор нагревается до температуры около 200 С теплоносителем, подогретым до более высокой температуры с использованием тепла топочных газов. Часть теплоносителя, циркулирующего через рубашку колонны б, направляют в межтрубное пространство подогревателя 1,Газообразный аммиак, свободный от двуокиси углерода, при температуре 40 - 50 С из верхней части колонны 7 отводят на конденсацию. Часть сконденсированного аммиака возвращают в колонну 3 синтеза, а остальной аммиак - на орошение колонны 7 фракционирования двумя потоками (на верхнюю та. релку и в промежуток между двумя секциями тарелок) для снятия тепла абсорбции двуокиси углерода.Во внутренней камере колонны б дисгилляции плав мочевины нагревается до температуры 140 в 1 С. При этом происходит окончательное выделение свободного аммиака и разложение карбамата аммония. Парожидкостную смесь из этой камеры отводят в сепаратор 11 для разделения, газовой и жидкой фаз.Газовую фазу, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды, из верхней части сепаратора отводят в нижнюю часть орошаемой водой или конденсатом колонны абсорбции 12, в которой абсорбируются газы дистилляции с ооразованием слабого раствора карбамата аммония.Из нижней части абсорбера 12 насосом 13 часть образовавшегося раствора карбамата аммония, предварительно охлажденного в хо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6лодильнцке 14, возвращают на орошение абсорбера, а остальной раствор насосом пода;от в нижнюю часть колонны 7 фракццонцрования.Из нижней части сепаратора 11 раствор мочевины с концентрацией 68 - 73 о/о дросселцруют и почают в верхнюю сепараццонную камеру выпарного аппарата 15, в котором поддерживают остаточное давление 290 - 320 мм рт. ст. В результате снижения давления часть воды цз раствора мочевцны превращается в пар, и концентрация мочевццы в жидкой фазе, собирающейся в нижней части камеры, повышается до 72 - 77/о. Оставшийся раствор перетекает в нижнюю часть аппарата 15, где подвергается выпариванию в падающей пленке,до 90 - 95%,Соковый пар, образующийся в аппарате 15, отсасывают эжектором 1 б и направляют на конденсацшо, а концентрированный раствор подают в роторныц пленочный испаритель 17, в котором поддерживают остаточное давление 12 - 18 мм рт. ст. с помощью эжектора 18, отсасывающего соковыц пар.Плав мочевины концентрацией 99 - 99,5% направляют в сборник 19 и прц температуре 125 в 1 С подают насосом в диспергирующее устройство 20 грануляционной башни 21, в нижней части которой имеется кипящий слой гранул, образующийся в результате псевдоожижения воздухом частиц мочевины, собирающихся на решетке в нижней части башни. Гранулы ц воздух выводят соответственно с нижней ц верхней частей грануляццонной башни.В зимник условиях прц температуре воздуха перед кипящим слоем 2 - 5 С гранулы на выходе цз башни имеют температуру 10 - 15 С. В летццх условиях температура воздуха ц гранул соответственно равна 14 - 28 ц 20 - 38 С.Согласно варианту 2 (см. фцг. 2) раствор мочевцны с концентрацией около 70 /о отводят из нижней части сепаратора 11, дросселируют и подают в вакуум-испарцтель 22, в котором поддерживают остаточное давление 300 мм рт. ст. Прц падении давления часть воды цз раствора мочевины испаряется, и концентрация раствора мочевины становится равной около 74%.Образовавшийся соковый пар отсасывают и направляют на конденсацию, а раствор мочевины температуры 90 - 95 С через сборник 23, пенный скруббер 24 и сборник 25 насосом 2 б подают в форсунки грануляционного аппарата 27 с кипящим слоем, в которые поступают сжатый воздух для распыливания и топочные газы температуры 500 в 7 С.Холодный воздух и горячие топочные газы также поступают в,нижнюю часть трануляционного аппарата 27 под распределительную решетку кипящего слоя. Из нижней части аппарата непрерывно отводят гранулы моче- вины заданного размера.5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 7Газ, выходящий из грануляционного аппарата, и содержащий пыль мочевины, очищают первоначально в системе циклонов 28 и далее подают в пенный скруббер 24 для более полной очистки. Очищенный газ отводят из верхней части пенного скруббера.Пример 1 (вариант 1). 920 кг/час жидкого аммиака при давлении 200 кг/см через подогреватель 1, где осуществляют, нагрев до 120 С, подают в смеситель 2. Сюда же при давлении 200 кг/см 2 и температуре 198 С поступает 3550 ка/час раствора карбамата аммония. Из смесителя смесь подают в нижнюю часть колонны синтеза, в которой происходит реакция дегидратации карбамата аммония с образованием мочевины.Из колонны синтеза 4470 кг/час реакционной смеси, состоящей из мочевины, карбамата аммония, избыточного аммиака и воды, дросселируют до давления 18 кг/см 2 и направляют в колонну 4 дистилляции 1 ступени для выделения из,плана непрореагировавших аммиака и двуокиси углерода.Плав мочевины из колонны дистилляции 1 ступени, частично освобожденный от избыточного аммиака и двуокиси углерода вследствие падения давления при дросселировании, подают в подогреватель 6, в котором происходит нагрев до температуры 165 С подводимым паром. При этом из плава мочевины выделяется значительная, часть избыточного аммиака и разлагается 90% карбамата аммония.1760 кг/час плава мочевины при температуре 165 С и концентрации мочевины в нем 60% из колонны,дистилляции 1 ступени дросселируют до давления 3 кг/см 2 и подают во внутреннюю камеру колонны 6 дистилляции П ступени, где плав нагревается до температуры 145 С.2710 кг/час газовой фазы из колонны дистилляции 1 ступени направляют в нижнюю часть колонны дистилляции П ступени для поглощения в ней из газовой фазы двуокиси углерода с образованием при этом раствора карбамата аммония. В линию газовой фазы, кроме того, подают 740 кг/час газообразной двуокиси углерода, предварителыно сжатой до давления 18 кг/см Газо-жидкостную смесь (раствор карбамата аммония и неабсорбированные газы) из колонны 6 дистилляции 11 ступени передают в нижнюю часть колонны 7 фракционирования, орошаемой аммиачной водой для окончательной очистки газовой фазы от двуокиси углерода. В колонну фракционирования, кроме того, подают 330 кг/час раствора карбамата аммония из абсорбера 12 и 2160 кг/час жидкого аммиака, которым отводят избыточное тепло абсорбции.2600 кг/час газообразного аммиака, очищенного от двуокиси углерода при температуре 45 С, из колонны 7 направляют на конденсацию. Часть сконденсированного аммиака возвращают в цикл синтеза, остальное количе 8ство, подают на орошение колонны фракционирования.2550 кг/час образовавшегося раствора карбамата аммония при температуре,100 С из колонны фракционирования насосом 8 при давлении 200 кг/см 2 через подогреватель 9, где раствор нагревается до 140 С, и подогреватель 10 в котором раствор дополнительно нагревается до 198 С, подают,в смеситель 2,Из внутренней камеры 1760 кг/час парю- жидкостной смеси направляют в сепаратор 11 для разделения газовой и жидкой фаз.Из сепаратора 310 кг/час,газовой фазы при температуре 120 С подают в абсорбер 12 для абсорбции газов конденсатом или водой, орошающими абсорбер. 330 кг/час полученного раствора карбамата аммония,при температуре 55 С из абсорбера направляют на орошение колонны 7 фракционирования.Из сепаратора 1450 кг/час раствора моче- вины с концентрацией в нем мочевины 70/О при температуре 145 С дросселируют и направляют в сепарацианную часть выпарного аппарата 15, в,котором поддерживают остаточное давление 300 мм рт. ст. В результате падения давления часть воды испаряется, и концентрация раствора мочевины, собирающейся в нижней сепарационной части аппарата, повышается до 73/о.Из сепарационной части раствор мочевины перетекает в нижнюю часть аппарата, где при помощи подводимого пара, раствор выпаривается в падающей пленке до концентрации 95/,. Образовавшийся соковый пар в количестве 400 кг/час отсасывают эжектором 16 и направляют на конденсацию, а 1050 кг/час раствора мочевины подают в роторный пленочный испаритель 17. В испарителе поддерживают остаточное давление 16 мм рт. ст. с помощью эжектора 18, отсасывающего образовавшийся соковый пар. Плав мочевины с концентрацией 99,8% собирают в сборнике 19 и при температуре 135 С направляют в диспергирующее устройство 20 грануляционной башни 21, в нижней части которой имеется кипящий слой. Гранулы, образующиеся в результате псевдоожижения частиц мочевины воздухом, в колистве 1000 кг/чпс собирают в нииней части грануляционной башни 21. Гранулы в воздух выводят соответственно с низа и верха грануляционной башни. Расход воздуха составляет 25700 мз/час.В зимних условиях при температуре воздуха 5 С перед кипящим слоем гранулы на выходе из башни имеют температуру 15 С, в летних условиях температура воздуха и гранул соответственно равна 28 и 38 С.П р им е р 2 (вариант 2),Опыт проводят аналогично примеру,1, за исключением ,того, что из сепаратора 1450 кг/час раствора мочевины с концентрацией в нем около 70% мочевины при температуре 145 С дросселируют и направляют ввакуум-испаритель 15 в котором поддерживают остаточное давление 300 мм рт. ст,Из верхней части вакуум-испат игеля 75 кг/чис образовавшегося сокового пара отводят на конденсацию, а 1380 кг/час раствора мочевины с концентрацией в нем иочевины около 73% при температуре 95 С насосом 2 б через, пенный скруббер 24 и сборник 25 подают в грануляционный аппарат с кипящим слоем для получения гранул мочевины.В аппарат с кипящим слоем поступают также горячие топочные газы при температуре 500 в 6 С в количестве около 9180 м 1 час на 1 т продукта. Получают 1000 кг/час гранул мочежины любого заданного размера.Предмет изобретения1, Способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при температуре 170 - 190 С и давлении 180 в 2 ат с двухступенчатой дистилляцией, фракционированием и жидкостным рециклом не превращенных в мочевину исходныхкомпонентов в виде водного раствора карбамата аммония с последующим выпариванием и гранулированием плава мочевины, отличающийся тем, чго, с целью снижения энергетических затрат на компремирование, двуокись углерода, вместе с газами дистилляции 1 ступени под давлением 18 - 20 ат смешивают с раствором углеаммонийных солей, часть полученного раствора отводят на стадию синтеза, тепло абсорбции газов раствором используют для подогрева подаваемых на стадию синтеза компонентов и для отгонми не превращенных в мочевину компонентов на стадии дистилляции 11 ступени, а полученный раствор мочевины дросселируют и выпаривают до концентрации 1 О 73 - 78% при температуре 90 - 110 С с последующим гранулированием в кипящем слое, псевдоожижаемом смесью воздуха с топочными газами, имеющими температуру 500 - 700 С.15 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что,с целью снижения потерь аммиака и двуокиси углерода, газы, отделенные на стадии дистилляции 11 ступени и состоящие из аммиака и двуокиси углерода, орошают водой, и образующийся при этом распвор карбамата аммония направляют на стадию фракционировани я.3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем,что, с целью улучшения качества гранул, 2 выпаривание раствора мочевины ведут в падающей пленке до концентрации 90 - 95%, после чего полученный план концентрируют в падающей, вращающейся пленке до 99 - 99,5%, и полученный высококонцентриро- ЗО ванный плав гранулируют в кипящем слое.