Настоящее изобретение относится к способу совместного получения мочевины и меламина. Изобретение относится, в частности, к способу совместного получения мочевины и меламина на установке, состоящей из секции высокого давления для синтеза мочевины и секции для выделения мочевины, с возвращением отходящих газов, образующихся в качестве побочных продуктов при синтезе меламина, в секцию высокого давления для синтеза мочевины.
В приведенном ниже описании и в формуле изобретения под "секцией высокого давления для синтеза мочевины" подразумевается секция, в которой рабочее давление составляет минимум 120 бар, обычно от 130 до 260 бар.
Более конкретно настоящее изобретение относится к способу совместного получения мочевины и меламина, при осуществлении которого давление отходящих газов, возвращаемых в секцию для синтеза мочевины, составляет минимум 2 бара, обычно от 2 до 30 бар.
В настоящем изобретении предлагается также установка для совместного получения мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом.
Известно, что в настоящее время остро ощущается потребность в разработке такого способа совместного (или одновременного) получения мочевины и меламина, при осуществлении которого отходящие газы, образующиеся при синтезе меламина, можно было бы эффективно использовать для получения мочевины.
Для решения этой проблемы был разработан способ совместного получения мочевины и меламина, при осуществлении которого меламин получают на установке, называемой установкой для получения меламина, используя в качестве исходных материалов (реагентов) аммиак (NH3) и мочевину, которую получают на установке, называемой установкой для получения мочевины, в которой в качестве исходных материалов (реагентов) используют подаваемые в нее из установки для получения меламина отходящие газы, по существу состоящие из NH3 и СО2.
При получении мочевины и меламина таким способом отходящие газы, отбираемые из установки для получения меламина при давлении от 2 до 30 бар, до их подачи в установку для получения мочевины предварительно обрабатывают. Отходящие газы, в частности, конденсируют при давлении, равном или меньшем давления, при котором их отбирают из установки для получения меламина, слабым водным раствором аммиака (концентрация аммиака в растворе составляет от 0 до 15 мас.%). Полученный таким образом жидкий раствор отходящих газов подают во входящую в состав установки для получения мочевины секцию обработки отработавшей воды, которая обычно работает при давлении около 2-5 бар и в которой из водного раствора выделяют NH3 и CO2, которые через секцию низкого давления для выделения мочевины, входящую в состав установки для получения мочевины, возвращают в секцию высокого давления для синтеза мочевины.
При осуществлении другого известного способа упомянутый выше жидкий раствор отходящих газов сжимают до определенного давления и сразу же возвращают в секцию высокого давления для синтеза мочевины.
Эти способы, которые позволяют решить в определенной мере указанные выше проблемы и удовлетворить в определенной степени существующую в настоящее время потребность в эффективном использовании для получения мочевины отбираемых из установки для получения меламина отходящих газов, не лишены и достаточно серьезных недостатков.
В первом случае для выделения NH3 и СО2 из жидкого раствора отходящих газов в секции обработки отработавшей воды необходимо затрачивать большое количество энергии. Кроме того, из-за того, что давление в этой секции обычно намного ниже давления отбираемых из установки для получения меламина отходящих газов, отходящие газы до конденсации и возврата в секцию обработки отработанной воды, входящую в состав установки для получения мочевины, требуют определенного расширения, которое, как очевидно, связано с потерями давления и соответствующими потерями энергии.
Во втором случае помимо этого вместе с жидким раствором отходящих газов в секцию высокого давления для синтеза мочевины попадает достаточно большое количество воды. Поскольку вода является побочным продуктом синтеза мочевины, ее присутствие в исходных реагентах отрицательно сказывается на превращении СО2 в мочевину. Содержащаяся в растворе отходящих газов вода снижает выход реакции при превращении исходных реагентов в мочевину и увеличивает затраты энергии, необходимой для выделения мочевины из ее раствора, отбираемого из секции ее синтеза, и для возврата не вступивших в реакцию реагентов обратно в секцию ее синтеза.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ совместного получения мочевины и меламина, функциональные особенности которого позволяли бы устранить указанные выше недостатки, присущие уровню техники, и который позволял бы получать мочевину с более высоким выходом при более низком потреблении энергии.
Эта задача решается согласно изобретению с помощью предлагаемого в нем способа совместного получения мочевины и меламина, заключающегося в том, что мочевину получают на установке для получения мочевины, выполненной по типу так называемого CO2- или аммиачного десорбера и включающей секцию высокого давления для синтеза мочевины, работающей при давлении около 130-170 бар и содержащей по меньшей мере один реактор синтеза мочевины, десорбер и карбаматный конденсатор, соединенные друг с другом с формированием по существу изобарического замкнутого контура, и секцию выделения мочевины из водного раствора карбамата, а меламин получают на установке для получения меламина, причем образующиеся в качестве побочных продуктов при синтезе меламина отходящие газы отбирают из установки для получения меламина при давлении между 2 и 30 бар и возвращают в секцию высокого давления для синтеза мочевины. Отбираемые из установки для получения меламина отходящие газы подают в секцию конденсации отходящих газов, работающую при давлении, по существу равном давлению отходящих газов, водный раствор карбамата из секции выделения мочевины подают в секцию конденсации отходящих газов, отходящие газы в секции конденсации отходящих газов конденсируют водным раствором карбамата с получением концентрированного водного раствора карбамата и полученный концентрированный водный раствор карбамата подают в секцию высокого давления для синтеза мочевины.
В том случае, когда давление отбираемого из секции выделения мочевины водного раствора карбамата ниже рабочего давления в секции конденсации отходящих газов, при одновременном получении мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом отбираемый из секции выделения мочевины водный раствор карбамата до его подачи в секцию конденсации отходящих газов предварительно сжимают до давления, по существу соответствующего рабочему давлению в секции конденсации отходящих газов.
Кроме того, когда давление отбираемых из установки для получения меламина отходящих газов ниже рабочего давления в секции высокого давления для синтеза мочевины, при одновременном получении мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом отбираемый из секции конденсации отходящих газов концентрированный водный раствор карбамата до его подачи в секцию высокого давления для синтеза мочевины предварительно сжимают до давления, по существу соответствующего рабочему давлению в секции высокого давления для синтеза мочевины.
Основное преимущество предлагаемого в изобретении способа заключается в том, что для конденсации отходящих газов используют небольшое количество воды, уже содержащейся в водном растворе карбамата, полученном в секции выделения мочевины, входящей в состав установки для получения мочевины, и в любом случае возвращаемом в секцию высокого давления для синтеза мочевины. При этом в отличие от известных способов к отходящим газам, которые возвращают из установки для получения меламина в установку для получения мочевины, вообще не добавляют воду. При таком совместном получении мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом в секцию высокого давления для синтеза мочевины возвращают более концентрированный раствор карбамата, что позволяет заметно повысить выход мочевины и существенно снизить потребление энергии, необходимой для выделения мочевины и возврата не вступивших в реакцию реагентов в секцию ее синтеза.
В изобретении также предлагается установка для совместного получения мочевины и меламина, на которой мочевину получают на установке для получения мочевины, выполненной по типу так называемого CO2- или аммиачного десорбера и включающей секцию высокого давления для синтеза мочевины, содержащей по меньшей мере один реактор синтеза мочевины, десорбер и карбаматный конденсатор, соединенные друг с другом с формированием по существу изобарического замкнутого контура, и секцию выделения мочевины из водного раствора карбамата, а меламин получают на установке для получения меламина, содержащей секцию синтеза меламина, а образующиеся в качестве побочных продуктов при синтезе меламина отходящие газы отбирают из установки для получения меламина при давлении между 2 и 30 бар и возвращают в секцию высокого давления для синтеза мочевины. Установка имеет секцию конденсации отходящих газов, расположенную между установкой для получения меламина и установкой для получения мочевины и соединенную с секцией синтеза меламина, секцией выделения мочевины и секцией высокого давления для синтеза мочевины, соединительную магистраль для подачи отбираемых из секции синтеза меламина отходящих газов в секцию конденсации отходящих газов, соединительную магистраль для подачи отбираемого из секции выделения мочевины водного раствора карбамата в секцию конденсации отходящих газов, в которой отходящие газы конденсируются водным раствором карбамата с получением концентрированного водного раствора карбамата, и соединительную магистраль для подачи полученного концентрированного раствора карбамата в секцию синтеза мочевины высокого давления.
В частных вариантах выполнения между секцией выделения мочевины и секцией конденсации отходящих газов расположена и соединена с ними первая секция сжатия, предназначенная для сжатия отбираемого из секции выделения мочевины водного раствора карбамата до давления, по существу соответствующего рабочему давлению в секции конденсации отходящих газов.
Между секцией конденсации отходящих газов и секцией высокого давления для синтеза мочевины расположена и соединена с ними вторая секция сжатия, предназначенная для сжатия отбираемого из секции конденсации отходящих газов концентрированного водного раствора карбамата до давления, по существу соответствующего рабочему давлению в секции высокого давления для синтеза мочевины.
Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере предпочтительного, но не ограничивающего объем изобретения варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые к описанию чертежи, где:
на фиг.1 показана схема установки для совместного получения мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом,
на фиг.2 показана схема одного из аппаратов показанной на фиг.1 установки для совместного получения мочевины и меламина.
На фиг.1 показана схема обозначенной общей позицией 10 установки для совместного получения мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом. Установка 10 состоит из установки 11 для получения меламина и установки 12 для получения мочевины.
Установку 11 для получения меламина можно выполнить по типу каталитической установки низкого давления (до 70 бар) или некаталитической установки высокого давления (выше 70 бар), давление отбираемых из которой отходящих газов составляет минимум 2 бара. Установка 11 для получения меламина имеет секцию 13 низкого или высокого давления для синтеза меламина.
При получении меламина и мочевины предлагаемым в изобретении способом установка 11 для получения меламина предпочтительно, но не обязательно должна быть выполнена по типу некаталитической установки высокого давления, давление образующихся в которой в качестве побочных продуктов синтеза меламина отходящих газов составляет от 3 до 30 бар, предпочтительно от 20 до 35 бар. Очевидно, что при получении меламина и мочевины предлагаемым в изобретении способом в зависимости от давления, при котором получают меламин, отбираемые из установки для получения меламина отходящие газы могут иметь и более высокое давление.
Установка 12 для получения мочевины предлагаемым в изобретении способом выполнена по типу установки с полным выделением мочевины из продуктов реакции, в которой мочевину получают при давлении, которое в секции 15 синтеза высокого давления, соединенной с секцией 16 выделения мочевины, превышает 120 бар, обычно составляет от 130 до 260 бар.
Обычно секция 16 выделения мочевины состоит из секции среднего давления для выделения мочевины, работающей при давлении около 15-30 бар, и/или секции низкого давления для выделения мочевины, работающей при давлении около 2-10 бар.
Установку 12 для получения мочевины предпочтительно выполнять по типу так называемого СО2- или аммиачного десорбера с секцией 15 высокого давления для синтеза мочевины, работающей при давлении около 130-170 бар и содержащей по меньшей мере один реактор синтеза мочевины, десорбер и карбаматный конденсатор (не показаны), соединенные друг с другом в по существу изобарический замкнутый контур.
Установку 12 для получения мочевины предлагаемым в изобретении способом можно, например, выполнить по типу СО2-десорбера с секцией 16 низкого давления для выделения мочевины.
В соответствии с одной из отличительных особенностей настоящего изобретения установка 10 содержит секцию 17 конденсации отходящих газов, расположенную между установкой 11 для получения меламина и установкой 12 для получения мочевины. Так, в частности, о чем более подробно сказано ниже, секция 17 конденсации отходящих газов соединена с секцией 13 синтеза меламина, секцией 16 выделения мочевины и секцией 15 высокого давления для синтеза мочевины.
Как показано на фиг.2, секция 17 конденсации отходящих газов состоит по меньшей мере из одного конденсатора 40, выполненного в данном случае в виде конденсатора с трубчатым теплообменником 41.
Кроме того, в зависимости от давления растворов, отбираемых из секции 16 выделения мочевины и секции 17 конденсации отходящих газов, в состав установки 10 может входить первая секция 18 сжатия, расположенная между секцией 16 выделения мочевины и секцией 17 конденсации отходящих газов и соединенная с ними, и вторая секция 19 сжатия, расположенная между секцией 17 конденсации отходящих газов и секцией 15 синтеза мочевины высокого давления и соединенная с ними. Секции 18 и 19 сжатия состоят по меньшей мере из одного (не показанного на чертеже) компрессора или предназначенного для перекачки жидкости насоса обычного типа.
Установка 10 для одновременного получения меламина и мочевины предлагаемым в изобретении способом работает следующим образом.
СО2 и аммиак подают во входящую в состав установки 12 секцию 15 высокого давления для синтеза мочевины по трубопроводу 30. В секцию 15 по трубопроводу 31 также подают концентрированный водный раствор карбамата, о чем более подробно сказано ниже.
В секции 15 высокого давления для синтеза мочевины указанные выше реагенты вступают в реакцию с образованием раствора мочевины, содержащего помимо мочевины карбамат аммония, свободный аммиак и воду.
Отбираемый из секции 15 по трубопроводу 32 раствор мочевины подают в секцию 16 выделения мочевины, в которой в результате соответствующей обработки полученную мочевину отделяют от остальных компонентов раствора (главным образом от воды и не вступивших в реакцию исходных реагентов).
Концентрированный раствор мочевины, содержащий, например, около 70 мас.% мочевины, отбирают из секции 16 выделения мочевины по трубопроводу 33 и по меньшей мере частично используют в качестве исходного реагента на установке 11 для получения меламина.
В другом варианте мочевину подают во входящую в состав установки 11 секцию 13 синтеза меламина в виде расплава мочевины, отбираемого из (не показанной на чертеже) секции окончательной обработки мочевины, расположенной за секцией 16 выделения мочевины.
Для этого концентрированный раствор мочевины или его часть по трубопроводу 34 подают в секцию 13 синтеза меламина. В показанном на фиг.1 примере не всю полученную мочевину используют для синтеза меламина и поэтому часть концентрированного раствора мочевины подают по трубопроводу 35 в (не показанную на чертеже) секцию концентрирования, которая входит в состав установки 12 для получения мочевины и в которой полученную мочевину очищают и, например, приллируют или гранулируют.
Для регулирования синтеза меламина в секцию 13 по трубопроводу 14, показанному на фиг.1, можно дополнительно подавать определенное количество аммиака.
Отбираемый из секции 13 синтеза меламина раствор меламина по трубопроводу 36 подают на дальнейшую обработку, например в (не показанный на чертеже) соответствующий охладитель, в котором охлаждаемый меламин превращается в порошок и выгружается из установки 11.
Образующиеся в секции 13 в качестве побочных продуктов синтеза меламина отходящие газы - СО2 и NH3 - отбирают из секции 13 синтеза по трубопроводу 37. Обычно до отбора отходящие газы промывают (в соответствующем не показанном на чертеже скруббере) концентрированным раствором мочевины, удаляя из них жидкий меламин, уносимый вместе с газами из секции синтеза.
Промытые отходящие газы по трубопроводу 37 подают в секцию 17 конденсации отходящих газов предлагаемой в изобретении установки 10 для совместного получения мочевины и меламина.
Одновременно в секцию 17 конденсации отходящих газов по трубопроводу 38 из входящей в состав установки 12 для получения мочевины секции 16 выделения мочевины подают водный раствор карбамата.
В подаваемом в секцию конденсации отходящих газов водном растворе карбамата содержатся по меньшей мере часть упомянутой выше воды и не вступившие в реакцию реагенты, отделенные от раствора мочевины в секции 16 выделения мочевины. Такой раствор (соответствующим образом сжатый) возвращают обратно в секцию высокого давления для синтеза мочевины и поэтому обычно называют рециркулирующим карбаматным раствором. При совместном получении мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом карбаматный водный раствор состоит из аммиака (от 20 до 40 мас.%), CO2 (от 20 до 40 мас.%) и воды (остальное). Конкретное содержание этих компонентов в карбаматном растворе может быть разным в зависимости от параметров процесса синтеза мочевины.
В предпочтительном варианте рабочее давление в секции 17 конденсации отходящих газов по существу равно давлению отходящих газов на выходе из секции 13 синтеза меламина.
В том случае, когда давление отбираемых из секции 13 синтеза меламина отходящих газов больше давления водного раствора карбамата, отбираемого из секции 16 выделения мочевины, раствор подают в первую секцию 18 сжатия, в которой его давление увеличивают до давления отходящих газов, т.е. рабочего давления в секции 17 конденсации.
Подаваемые в секцию 17 конденсации из секции 13 синтеза меламина отходящие газы перемешиваются с подаваемым в нее из секции выделения мочевины водным раствором карбамата, и полученную смесь по трубопроводу 39 подают в конденсатор 40. В конденсаторе 40 отходящие газы полностью конденсируются (кроме небольшого количества неконденсируемых инертных компонентов) в водном растворе карбамата за счет косвенного теплообмена с охлаждающей жидкостью (в частности, водой) с получением концентрированного водного раствора карбамата.
В рассматриваемом примере смесь отходящих газов и водного раствора карбамата, которую подают в конденсатор 40, обтекает пучок труб теплообменника 41 снаружи, а охлаждающая жидкость, которую подают в конденсатор 40 по трубопроводу 42 и отбирают из конденсатора по трубопроводу 43, протекает внутри пучка труб теплообменника 41.
В других вариантах осуществления изобретения (не показанных на чертежах) отходящие газы и водный раствор карбамата перемешивают до подачи в секцию 17 конденсации отходящих газов или подают их в конденсатор 40 отдельно без их предварительного перемешивания.
Полученный концентрированный водный раствор карбамата по трубопроводу 31 возвращают в секцию 15 синтеза мочевины высокого давления, а небольшое количество несконденсировавшихся инертных компонентов отбирают из конденсатора по трубопроводу 44. Концентрированный водный раствор карбамата возвращают, в частности, в один из блоков секции 15 высокого давления для синтеза мочевины, например в реактор синтеза, в десорбер или в карбаматный конденсатор.
На установках, в которых рабочее давление в секции 15 высокого давления для синтеза мочевины больше рабочего давления в секции 17 конденсации отходящих газов, отбираемый из секции 17 конденсации отходящих газов концентрированный водный раствор карбамата сжимают во второй ступени 19 сжатия до рабочего давления в секции 15 синтеза мочевины.
Обозначенные на фиг.1 и 2 позициями 14, 30-39, 42-44 магистрали предлагаемой в изобретении установки 10 представляют собой соединительные трубопроводы, изготовленные из обычных труб.
Описанная выше установка 10 предназначена главным образом для совместного (или одновременного) получения мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом, который заключается в том, что мочевину получают на установке 12, состоящей из секции 15 высокого давления для синтеза мочевины и секции 16 выделения мочевины, в которой мочевину отделяют от водного раствора карбамата, а меламин получают на установке 11, отбираемые из которой при давлении, равном минимум 2 барам, отходящие газы, образующиеся в качестве побочных продуктов синтеза меламина, возвращают в секцию 15 высокого давления для синтеза мочевины, и отличается тем, что отбираемые из установки 11 для получения меламина отходящие газы подают в секцию 17 конденсации, предпочтительно работающую при давлении, равном давлению отходящих газов; водный раствор карбамата из секции 16 выделения мочевины подают в секцию 17 конденсации отходящих газов; в секции 17 конденсации отходящие газы конденсируют водным раствором карбамата с получением концентрированного водного раствора карбамата и полученный концентрированный водный раствор карбамата подают в секцию 15 высокого давления для синтеза мочевины.
Еще одной важной особенностью настоящего изобретения является возможность использования предлагаемых в нем решений для модернизации уже существующих установок для получения мочевины и меламина и модификации существующих установок для совместного получения мочевины и меламина и получения на них мочевины и меламина предлагаемым в изобретении способом.
Помимо перечисленных выше преимуществ, связанных, в частности, с конденсацией отбираемых из установки для получения меламина отходящих газов отбираемым из секции выделения мочевины водным раствором карбамата с получением концентрированного водного раствора карбамата, возвращаемого в секцию высокого давления для синтеза мочевины, такой способ реализации предлагаемых в изобретении решений исключает необходимость в модификации оборудования секции высокого давления для синтеза мочевины, в частности реактора синтеза высокого давления, десорбера и конденсатора.
Приведенное выше описание не исключает возможности внесения в рассмотренные в нем варианты различных, очевидных специалистам изменений и усовершенствований, не выходящих за объем изобретения, определяемый его формулой.
Изобретение относится к способу совместного получения мочевины и меламина, заключающемуся в том, что мочевину получают на установке для получения мочевины, выполненной по типу так называемого CO2- или аммиачного десорбера и включающей секцию высокого давления для синтеза мочевины, содержащей по меньшей мере один реактор синтеза мочевины, десорбер и карбаматный конденсатор, соединенные друг с другом с формированием по существу изобарического замкнутого контура, и секцию выделения мочевины из водного раствора карбамата, а меламин получают на установке для получения меламина, содержащей секцию синтеза меламина, а образующиеся в качестве побочных продуктов при синтезе меламина отходящие газы отбирают из установки для получения меламина при давлении между 2 и 30 бар и возвращают в секцию высокого давления для синтеза мочевины. Техническим результатом является повышение выхода мочевины и снижение энергозатрат. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
| WO 00/32566 А, 08.06.2000 | |||
| Шлифовальная головка профилешлифовального станка | 1982 |
|
SU1148767A1 |
| Способ получения мочевины и меламина | 1969 |
|
SU899538A1 |
| СКВАЖИННЫЙ ЗОНД ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА | 1992 |
|
RU2053358C1 |
