Настоящее изобретение относится в общем к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, взаимодействующих под заданным высоким давлении в соответствующей секции синтеза.
В частности, данное изобретение относится к вышеупомянутому способу, при применении которого продукт реакции взаимодействия аммиака и диоксида углерода, содержащий, в основном, водный раствор, включающий мочевину, карбамат аммония и аммиак, проходит стадию извлечения под высоким давлением карбамата аммония и аммиака, которые возвращают в секцию синтеза на повторную переработку, в то время как водный раствор мочевины подают в секцию извлечения мочевины, работающую при заданном низком давлении, для получения мочевины с минимальным количеством возможных остатков аммиака и диоксида углерода.
Более конкретно, настоящее изобретение касается упомянутого способа, при использовании которого вышеупомянутое извлечение карбамата и аммиака включает технологические стадии разложения карбамата и выпаривания полученных таким образом аммиака и диоксида углерода в соответствующей зоне выпаривания, предпочтительно, с помощью газообразного реагента (в частности, СО2), последующей повторной конденсации вышеуказанных аммиака и диоксида углерода в соответствующей зоне конденсации с получением карбамата, возвращаемого в секцию синтеза на повторную переработку, и при использовании которого все вышеуказанные стадии, наряду с реакцией синтеза мочевины, осуществляются, в основном, при одинаковом высоком давлении (например, 135-175 бар), образуя контур, который в области техники называют "контур высокого давления" или "контур синтеза под высоким давлением" (контур в.д.).
Данное изобретение относится также к установке для осуществления указанного способа.
Как получать мочевину на промышленных установках, на которых осуществляются описанные выше процессы, хорошо известно.
Кроме того, учитывая постоянно растущую потребность в синтезе мочевины, хорошо известна необходимость увеличения мощности таких установок по сравнению с проектной мощностью, на которую эти установки первоначально были рассчитаны.
С этой целью в данной области предложены способы, которые предусматривают технологическую стадию обработки при среднем давлении (10-40 бар) части содержащего мочевину водного раствора, поступающего из секции синтеза, для извлечения содержащихся в нем карбамата аммония и аммиака.
В частности, такая секция обработки при среднем давлении включает стадию диссоциации, за которой следуют стадия выпаривания водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, с помощью исходного СO2 и последующая стадия конденсации полученных таким образом паров (аммиака, СО2 и воды) с добавлением исходного аммиака и водного раствора карбамата (карбоната), поступающего из секции извлечения мочевины при низком давлении. Затем водный раствор карбамата, полученный на стадии конденсации при среднем давлении, возвращают в контур синтеза при высоком давлении (контур в.д.) на повторную переработку.
Такой способ описан, например, в WO-A-02909323 и в NL-A-8900152.
Несмотря на то, что эти вышеупомянутые процессы получения мочевины по меньшей мере частично обеспечивают указанную потребность, в них обнаружены недостатки, связанные с необходимостью использования дополнительного количества конденсационной воды для конденсации исходного СО2, используемого в качестве инертного газа для испарения из раствора на стадии выпаривания при среднем давлении, и исходного аммиака, добавляемого на стадии конденсации при среднем давлении.
Такое дополнительное использование конденсационной воды отрицательно влияет на выход продукта реакции в секции синтеза мочевины и, следовательно, на эффективность использования и энергопотребление этой секции, а также на эффективность использования и энергопотребление секции извлечения мочевины при низком давлении.
Техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в разработке и создании способа получения мочевины рассмотренного выше типа, устраняющего вышеуказанные недостатки известного уровня техники, при применении которого может быть обеспечена высокая производственная мощность установки, предназначенной для его осуществления, и в то же время эффективно и при низком расходе энергии может быть обеспечена высокая степень конверсии диоксида углерода с получением мочевины.
В соответствии с настоящим изобретением эта задача решена в предлагаемом способе получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающем стадии/шаги:
подачи аммиака и диоксида углерода в секцию синтеза мочевины, работающую при заданном высоком давлении,
взаимодействия аммиака и диоксида углерода в секции синтеза с получением водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак,
подачи части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в секцию обработки, работающую при заданном среднем давлении, для извлечения содержащихся в нем карбамата аммония и аммиака,
диссоциации указанной части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в секции обработки с получением водного раствора мочевины и паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду,
конденсации указанной паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в секции обработки с получением водного раствора карбамата аммония,
рециркуляции указанного водного раствора карбамата аммония в секцию синтеза мочевины,
подачи оставшейся части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в аппарат для разложения в секции извлечения мочевины через зону выпаривания, работающие по существу при упомянутом заданном высоком давлении,
отличающийся тем, что он также включает стадии:
подачи водного раствора мочевины, полученного в результате диссоциации в секции обработки, в аппарат для разложения в секции извлечения мочевины, работающей при заданном низком давлении,
разложения водного раствора мочевины в аппарате для разложения секции извлечения мочевины до получения концентрированного раствора мочевины и второй паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду,
конденсации второй паровой фазы в конденсаторе секции извлечения мочевины, сообщающемся с указанным аппаратом для разложения, с получением рециркулирующего водного раствора карбамата аммония.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемый способ включает также технологические стадии:
подачи диоксида углерода в конденсатор секции извлечения мочевины,
конденсации диоксида углерода с указанной второй паровой фазой в конденсаторе секции извлечения мочевины с получением рециркулирующего водного раствора карбамата аммония.
В этом отношении особенно хорошие результаты получены при подаче диоксида углерода в количестве, составляющем от 1 до 10 мас.% от всего количества исходного диоксида углерода, в указанный конденсатор секции извлечения мочевины.
Вышеуказанная часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подаваемая в секцию обработки, работающую при среднем давлении, предпочтительно составляет от 10 до 50 мас.% указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, полученного в вышеупомянутой секции синтеза.
Кроме того, указанное среднее давление в секции обработки предпочтительно составляет от 10 до 70 бар.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения указанный рециркулирующий водный раствор карбамата аммония, полученный в конденсаторе секции извлечения мочевины при низком давлении, подают на стадию конденсации паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в упомянутой секции обработки (обычно все водные растворы карбамата, получаемые ниже по потоку от секции синтеза установки по производству мочевины возвращают непосредственно или опосредованно в эту секцию, и в данном частном случае речь идет об опосредованной рециркуляции).
На вышеуказанной стадии конденсации паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в секции обработки предпочтительно достигается двойной эффект.
Благодаря способу в соответствии с настоящим изобретением неожиданно было обнаружено преимущество, состоящее в том, что количество конденсационной воды (в абсолютном значении), необходимое для возврата непрореагировавших аммиака и диоксида углерода в виде карбамата аммония в секцию синтеза, значительно меньше количества конденсационной воды (в абсолютном значении), которое требуется для такого возврата при использовании способов уровня техники, при которых в секцию обработки при среднем давлении подают исходный диоксид углерода и исходный аммиак.
Это обусловлено тем, что при одинаковой производственной мощности установки получения мочевины количество аммиака и диоксида углерода, подлежащее возврату в секцию синтеза в виде карбамата аммония, при применении предлагаемого в настоящем изобретении способа значительно меньше, чем при применении известных способов уровня техники.
В результате этого существенно увеличивается выход продукта реакции в секции синтеза мочевины, а также общий выход продукта из контура в.д., что дает большие преимущества в отношении эффективности и энергопотребления установки, предназначенной для осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа.
В соответствии с другой особенностью настоящего изобретения данная техническая задача решена благодаря предлагаемой установке для осуществления вышеуказанного способа, включающей секцию синтеза мочевины под высоким давлением, включающую реактор, отпарной аппарат и конденсатор, секцию обработки при среднем давлении части раствора мочевины, полученного в секции синтеза, включающую аппарат для диссоциации и конденсатор, и секцию извлечения мочевины при низком давлении, включающую аппарат для разложения и конденсатор; причем эти секции сообщаются друг с другом, а упомянутый реактор имеет выход водного раствора, содержащего мочевину, карбамат и аммиак, и этот выход включает первую линию для подачи части упомянутого раствора в отпарной аппарат секции синтеза и вторую линию для подачи части упомянутого раствора в аппарат для диссоциации секции среднего давления; установка отличается тем, что она также включает соединительный трубопровод между указанными аппаратом для диссоциации секции обработки при среднем давлении и аппаратом для разложения секции извлечения мочевины при низком давлении.
Согласно настоящему изобретению установка получения мочевины в соответствии с вышеуказанным способом может представлять собой совершенно новую установку или же уже существующую установку, модифицированную с целью увеличения ее мощности.
В этом последнем варианте в соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения разработан способ реконструкции ранее смонтированной (существующей) установки получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, содержащей секцию синтеза мочевины под высоким давлением и секцию извлечения мочевины при низком давлении, включающую аппарат для разложения и конденсатор, причем эти секции сообщаются друг с другом, отличающийся тем, что осуществляют:
монтаж секции обработки при среднем давлении части раствора мочевины, полученного в указанной секции синтеза, включающей аппарат для диссоциации и конденсатор, причем эта секция обработки при среднем давлении сообщается с секцией синтеза мочевины под высоким давлением и секцией извлечения мочевины при низком давлении, и
монтаж соединительного трубопровода между указанными аппаратом для диссоциации секции обработки при среднем давлении и аппаратом для разложения секции извлечения мочевины при низком давлении.
Другие признаки и преимущества предлагаемого в изобретении способа получения мочевины будут очевидны из следующего ниже описания предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж, приведенный не с целью их ограничения, а только с целью раскрытия, и на котором:
На прилагаемом чертеже в качестве примера осуществления настоящего изобретения схематически представлена установка получения мочевины, на которой осуществляется предлагаемый в настоящем изобретении способ.
На чертеже показана установка получения мочевины, в целом обозначенная номером 10, на которой осуществляется способ в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с вышеуказанным способом получения мочевины аммиак N и диоксид углерода С подают в соответствующую секцию 11 синтеза. В примере, представленном на чертеже, секция синтеза мочевины включает один реактор R.
В частности, в соответствии с этим примером аммиак N подают в реактор R через конденсатор 12, а диоксид углерода С, в свою очередь, подают в реактор R через отпарной аппарат 13 и конденсатор 12.
Секция 11 синтеза (реактор R), конденсатор 12, отпарной аппарат 13, вместе со скруббером 14 (более подробное описание которого будет приведено ниже) работают, в основном, при одинаковом высоком давлении, образуя таким образом контур синтеза при высоком давлении (контур в.д.) для осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа.
Аммиак и диоксид углерода взаимодействуют в реакторе R или точнее в секции 11 синтеза при вышеуказанном заданном высоком давлении (составляющем, например, от 130 до 170 бар) и при заданной высокой температуре (составляющей, например, от 160 до 200°С). В реакторе R получают водный раствор, содержащий мочевину, карбамат аммония и аммиак.
Часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R, подвергают соответствующей декомпрессии по существу обычным способом, например, с помощью клапана 15, и подают в секцию 16 обработки этого водного раствора, работающую при заданном среднем давлении, составляющем, например, от 10 до 70 бар, предпочтительно составляющем от 15 до 25 бар и еще более предпочтительно составляющем от 18 до 20 бар.
Для извлечения карбамата аммония и аммиака часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, после соответствующего сброса давления подают в аппарат 17 для диссоциации при среднем давлении секции 16 обработки и подвергают диссоциации до получения водного раствора мочевины и паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду. В частности, в аппарате 17 для диссоциации эту часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подвергают термической диссоциации.
Затем полученную таким образом паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, подают в работающий при среднем давлении конденсатор 18 секции 16 обработки. В конденсаторе 18 получают водный раствор карбамата аммония, который выходит из конденсатора 18 и рециркулирует в секцию 11 синтеза мочевины (реактор R).
В примере, представленном на чертеже, водный раствор карбамата, выходящий из конденсатора 18, работающего при среднем давлении, подвергают соответствующему сжатию по существу обычным способом, например, с помощью насоса 19, и через скруббер 14 и конденсатор 12, работающий при высоком давлении, возвращают в реактор R секции 11 синтеза мочевины под высоким давлением. В соответствии с другим, не представленным вариантом осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть водного раствора карбамата, выходящего из конденсатора 18, работающего при среднем давлении, после соответствующего сжатия подают непосредственно в конденсатор 12, работающий при высоком давлении, а затем - в реактор R.
В соответствии с настоящим изобретением способ получения мочевины преимущественно предусматривает дополнительную стадию подачи водного раствора мочевины, полученного путем диссоциации в аппарате 17 для диссоциации при среднем давлении секции 16 обработки, в аппарат 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины, работающей при заданном низком давлении, составляющем, например, от 1,5 до 9,5 бар, предпочтительно составляющем от 3 до 5 бар.
С этой целью водный раствор мочевины, выходящий из аппарата 17 для диссоциации, подвергают соответствующей декомпрессии по существу обычным способом, например, с помощью клапана 20.
В частности, как представлено в предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа на чертеже, водный раствор мочевины, выходящий из аппарата 17 для диссоциации секции 16 обработки, подают непосредственно в аппарат 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины.
Кроме того, также в соответствии с примером на чертеже, часть исходного диоксида углерода С предпочтительно и преимущественно подают в конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
С этой целью эту часть исходного диоксида углерода С, направляемую в конденсатор 23, подвергают соответствующей декомпрессии по существу обычным способом, например, с помощью клапана 30.
В аппарате 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины при низком давлении водный раствор мочевины, поступающий из аппарата 17 для диссоциации секции 16 обработки при среднем давлении, подвергают разложению до получения концентрированного раствора U мочевины и второй паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду.
Концентрированный раствор U мочевины, например, с концентрацией мочевины, составляющей от 60 до 80 мас.%, выходит из аппарата 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины для того, чтобы пройти конечные (по существу обычные и поэтому не представленные) стадии обработки мочевины в процессе получения мочевины, например, стадию вакуумного разложения и гранулирования или стадию гранулирования отверждением капелек распыленной расплавленной мочевины, полученной таким образом.
С другой стороны, в соответствии со способом согласно настоящему изобретению вторую паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, которая получена в аппарате 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины, подают в конденсатор 23 в той же самой секции 21 и преимущественно подвергают конденсации до получения рециркулирующего водного раствора карбамата.
Как представлено на примере на фиг.1, вторую паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, предпочтительно подвергают конденсации вместе с исходным диоксидом углерода С, подаваемым в вышеуказанный конденсатор 23.
Для того чтобы обеспечить конденсацию, соответственно, второй паровой фазы и исходного диоксида углерода С до получения карбамата аммония, в конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении подают также соответствующее количество водного раствора карбамата (карбоната), содержание конденсационной воды в котором составляет от 40 до 80 мас.%.
Водный раствор W карбамата (карбонат) обычно поступает из секции обработки технологического конденсата и(или) из резервуара для аммиачной воды, по существу стандартного и не представленного на чертеже.
Как показано на примере, рециркулирующий водный раствор карбамата, полученный в конденсаторе 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении, в соответствии с настоящим способом предпочтительно подают в конденсатор 18, работающий при среднем давлении в секции 16 обработки, для абсорбции (конденсации) паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, поступающей из аппарата 17 для диссоциации, работающего при среднем давлении.
В этом варианте предусмотрена также стадия сжатия рециркулирующего водного раствора карбамата, выходящего из конденсатора 23, до рабочего давления в секции 16 обработки, по существу обычным способом, например, с помощью насоса 24.
В соответствии с не представленным альтернативным вариантом осуществления способа согласно настоящему изобретению на стадии конденсации в конденсаторе 18 секции 16 обработки при среднем давлении обеспечивается двойной эффект, при котором теплота конденсации, вместо того, чтобы рассеиваться в охлаждающей жидкости (обычно охлаждающей воде), преимущественно используется для дальнейшего повышения концентрации концентрированного раствора U мочевины, выходящего из аппарата 22 для разложения секции извлечения мочевины при низком давлении.
В этом варианте теплота конденсации, которая образуется во время конденсации паровой фазы, путем косвенного теплообмена (теплообмена через стенку) передается концентрированному раствору U мочевины, обеспечивая разложение и, следовательно, отделение части карбамата аммония, аммиака и воды, все еще присутствующих а этом растворе, и, таким образом, еще повышая концентрацию содержащейся в нем мочевины.
Оставшаяся часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R и не подаваемого в секцию 16 обработки при среднем давлении, проходит стадию извлечения карбамата аммония и аммиака, присутствующих в этом растворе, в контуре высокого давления согласно настоящему способу.
В частности, оставшуюся часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R секции 11 синтеза, подают в отпарной аппарат, работающий при высоком давлении, где ее подвергают разложению и выпариванию с исходным диоксидом углерода С. Затем полученные таким образом аммиак и диоксид углерода повторно конденсируют в конденсаторе 12, работающем при высоком давлении, до получения карбамата аммония и в виде карбамата аммония возвращают в реактор R секции 11 синтеза мочевины.
Конденсация аммиака и диоксида углерода, поступающих из отпарного аппарата 13, осуществляется в конденсаторе 12, работающем при высоком давлении, путем поглощения этих газов исходным аммиаком N (жидкость) и водным раствором карбамата, поступающим после соответствующего сжатия из конденсатора 18 секции 16 обработки при среднем давлении через скруббер 14.
Водный раствор, содержащий мочевину, карбамат аммония и аммиак, полученный в отпарном аппарате 13, после вышеупомянутых стадий разложения и выпаривания с СО2 подвергают соответствующей декомпрессии по существу обычным способом, например, с помощью клапана 25, до рабочего давления секции 21 извлечения мочевины и подают в аппарат 22 для разложения, работающий при низком давлении в этой секции 21. Здесь этот раствор подвергают разложению вместе с вышеуказанным водным раствором мочевины, поступающим из аппарата 17 для диссоциации секции 16 обработки при среднем давлении, до получения концентрированного раствора U мочевины и второй паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, описанных выше.
Непрореагировавшие диоксид углерода, а также аммиак и воду в паровой фазе, присутствующей в секции 11 синтеза мочевины или точнее в реакторе R, выводят из реактора и подают в скруббер 14, работающий при высоком давлении. Эти пары обычно содержат также инертные газы (например, воздух), присутствующие в исходном диоксиде углерода С.
В скруббере 14 вышеуказанные пары подвергают мокрой обработке (промывке) водным раствором карбамата, поступающим после соответствующего сжатия из конденсатора 18 секции 16 обработки при среднем давлении, с целью извлечения присутствующих в них диоксида углерода и аммиака и отделения инертных газов. Затем выделенные таким образом инертные газы выпускают в атмосферу по существу обычным способом, более того, предусматривая соответствующий сброс давления этих газов, например, с помощью клапана 26. Альтернативно, эти инертные газы можно возвращать в другие узлы установки (не показано). С другой стороны, диоксид углерода и аммиак, абсорбированные в водном растворе карбамата, поступающем из конденсатора 18, возвращают через конденсатор 12, работающий при высоком давлении, в секцию 11 синтеза мочевины или точнее в реактор R.
При применении предлагаемого в настоящем изобретении способа особенно хорошие результаты были получены при подаче исходного диоксида углерода С в количестве, составляющем от 1 до 5 мас.%, еще более предпочтительно - от 2 до 3 мас.% от всего количества исходного диоксида углерода С, подаваемого на установку 10, в конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
Далее, часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, направляемая в секцию 16 обработки при среднем давлении, предпочтительно составляет от 10 до 50 мас.%, еще более предпочтительно - от 10 до 25 мас.% водного раствора, поступающего из секции 11 синтеза мочевины.
Описанные конструктивные особенности установки 10 получения мочевины путем синтеза из аммиака и диоксида углерода в соответствии со способом согласно настоящему изобретению далее будут описаны подробнее также со ссылкой на чертеж.
В соответствии с настоящим изобретением установка 10 включает секцию 11 синтеза мочевины под высоким давлением, секцию 16 обработки при среднем давлении и секцию 21 извлечения мочевины при низком давлении, сообщающиеся друг с другом.
Секция 16 обработки преимущественно включает аппарат 17 для диссоциации, работающий при среднем давлении, и работающий при среднем давлении конденсатор 18, сообщающиеся друг с другом. В свою очередь, секция 21 извлечения мочевины включает аппарат 22 для разложения, работающий при низком давлении, и работающий при низком давлении конденсатор 23, сообщающиеся друг с другом.
В установке 10 предусмотрены соответствующие трубопроводы для подачи реагентов, диоксида углерода С и аммиака N, и, кроме того, водного раствора W карбамата (карбоната), содержащего конденсационную воду, а также соединительные трубопроводы между различными секциями и соответствующими аппаратами, схематически представленные на чертеже различными линиями, указывающими потоки.
В частности, на установке 10 для непосредственной связи, соответственно, между секцией 11 синтеза мочевины и аппаратом 17 для диссоциации секции 16 обработки при среднем давлении, и между этим аппаратом и аппаратом 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины при низком давлении преимущественно предусмотрены соединительные трубопроводы 28 и 29.
Более того, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, представленным на чертеже, для подачи исходного диоксида углерода С в конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении предусмотрен также трубопровод 27.
В соответствии с альтернативным, не представленным вариантом осуществления установки 10 согласно настоящему изобретению для получения вышеописанного двойного эффекта конденсатор 18, работающий при среднем давлении, включает стандартный пучок труб, внутри которых, т.е. в внутритрубной зоне, проходит концентрированный раствор U мочевины, выходящий из аппарата 22 для разложения, работающего при низком давлении, а с наружной стороны, т.е. в межтрубной зоне, - паровая фаза, содержащая аммиак, диоксид углерода и воду, поступающая из аппарата 17 для диссоциации, работающего при среднем давлении, а также рециркулирующий водный раствор карбамата, поступающий из конденсатора, работающего при низком давлении.
Из предыдущего описания очевидно, что способ получения мочевины в соответствии с данным изобретением решает поставленную техническую задачу и обеспечивает многочисленные преимущества, первое из которых заключается в том, что в контуре высокого давления получают высокий общий выход продукта и, в частности, в секции синтеза мочевины, составляющий, например, от 58 до 62 мас.%, независимо от требуемой производственной мощности установки, предназначенной для его осуществления.
Следовательно, заявленный способ является также особенно выгодным для установок с высокой мощностью, например, для производства от 3000 до 4500 метрических тонн мочевины/сутки.
Другое преимущество состоит в том, что благодаря настоящему изобретению и, в частности, высокому выходу продукта можно уменьшить расход энергии в контуре синтеза при высоком давлении, а также в секции извлечения мочевины при низком давлении по сравнению со способами в соответствии с известным уровнем техники. Из этого следует, что при одинаковом расходе энергии и размерах аппаратов, из которых состоит установка получения мочевины, способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает работу этой установки с более высокой производительностью по сравнению с той, которая возможна при применении способов в соответствии с уровнем техники. Другими словами, при одинаковой производственной мощности установка, предназначенная для осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа, меньше по размеру и, следовательно, затраты на нее меньше и эксплуатационные расходы меньше, чем требуются для установки, чтобы получить такую же мощность при использовании известных способов уровня техники.
Более того, введение этого способа в действие является очень простым и надежным и не требует больших затрат на капитальные вложения.
Вышеуказанные преимущества, главным образом, связаны с тем, что благодаря проведенным исследованиям, неожиданно было обнаружено, что если водный раствор мочевины, полученный в результате диссоциации в секции 16 обработки при среднем давлении, подвергать разложению при низком давлении, то количество (в абсолютном значении) конденсационной воды, содержащейся в водном растворе W карбамата (карбоната), которая требуется для такой конденсации до получения карбамата аммония, значительно меньше количества конденсационной воды, необходимого при использовании способов в соответствии с известным уровнем техники.
При условии, что эту конденсационную воду вместе с карбаматом аммония возвращают в секцию синтеза мочевины, и при условии, что вода при синтезе мочевины является продуктом реакции и поэтому негативно влияет на превращение реагентов, регулирование с целью значительного уменьшения этого количества конденсационной воды преимущественно приводило к соответствующему увеличению выхода продукта по сравнению с известными способами уровня техники.
В частности, известные способы, в отличие от настоящего изобретения, обязательно предусматривают в секции 16 обработки при среднем давлении стадию выпаривания с исходным диоксидом углерода водного раствора мочевины, ранее полученного в этой секции путем термической диссоциации, и стадию конденсации с добавлением исходного аммиака. Таким образом, для того чтобы обеспечить эффективную и полную конденсацию таких количеств исходного диоксида углерода и аммиака, вводимых в секцию обработки при среднем давлении, до получения карбамата аммония, необходимо подавать конденсационную воду в секцию извлечения мочевины при низком давлении в гораздо большем количестве (в абсолютном значении), чем это требуется при использовании предлагаемого в настоящем изобретении способа.
Например, было установлено, что при одинаковых рабочих условиях вышеуказанное количество конденсационной воды, содержащейся в водном растворе W карбамата (карбоната), при использовании предлагаемого в настоящем изобретении способа, на 10-25 мас.% меньше, чем при использовании известных способов, при соответствующем увеличении выхода продукта в секции синтеза мочевины под высоким давлением на 2-3%.
В числе многих преимуществ, получаемых благодаря настоящему изобретению, важно назвать возможность увеличения производственной мощности уже действующих установок получения мочевины из аммиака и диоксида углерода по сравнению с проектной мощностью, на которую эти установки первоначально были рассчитаны, причем простым, эффективным и надежным способом, без какого-либо связанного с этим негативного влияния на общий выход продукта, эксплуатационные затраты и энергопотребление на действующей установке. Существует также возможность существенного увеличения мощности по сравнению с расчетной мощностью действующей установки, например, на 30-50%.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, представленным на чертеже, установка 10 получения мочевины может быть смонтирована посредством реконструкции (модернизации) действующей установки такого типа для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, содержащей секцию 11 синтеза мочевины под высоким давлением и секцию 21 извлечения мочевины при низком давлении, включающую аппарат 22 для разложения и конденсатор 23; эти секции 11, 21 сообщаются друг с другом; способ отличается тем, что дополнительно включает этапы создания (монтажа):
- секции 16 обработки при среднем давлении части раствора мочевины, полученного в указанной секции 11 синтеза, включающей аппарат 17 для диссоциации и конденсатор 18, указанной секции 16 обработки при среднем давлении, сообщающейся с указанными секцией синтеза мочевины под высоким давлением и секцией извлечения мочевины при низком давлении, соответственно, 11,21;
- прямого соединительного трубопровода 29 между указанными аппаратом 17 для диссоциации секции 16 обработки при среднем давлении и аппаратом 22 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
Предлагаемый способ предпочтительно предусматривает дополнительный этап монтажа трубопровода 27 для подачи исходного диоксида углерода С в вышеуказанный конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
Специалист в данной области техники, естественно, может вносить многочисленные изменения и модификации в вышеописанный способ производства мочевины с целью удовлетворения определенных и зависящих от обстоятельств требований, которые входят в объем охраны настоящего изобретения, определенный приведенной ниже формулой изобретения.
Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающему стадии: подачи аммиака и диоксида углерода в секцию синтеза мочевины, работающую при заданном высоком давлении, взаимодействия аммиака и диоксида углерода в секции синтеза с получением водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подачи части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в секцию обработки, работающую при заданном среднем давлении, для извлечения содержащихся в нем карбамата аммония и аммиака, диссоциации указанной части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в секции обработки с получением водного раствора мочевины и паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, конденсации указанной паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в секции обработки с получением водного раствора карбамата аммония, рециркуляции указанного водного раствора карбамата аммония в секцию синтеза мочевины, подачи оставшейся части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в аппарат для разложения в секции извлечения мочевины через зону выпаривания, работающие по существу при упомянутом заданном высоком давлении, и характеризующемуся тем, что он также включает стадии: подачи водного раствора мочевины, полученного в результате диссоциации в секции обработки, в аппарат для разложения в секции извлечения мочевины, работающей при заданном низком давлении, разложения водного раствора мочевины в аппарате для разложения секции извлечения мочевины до получения концентрированного раствора мочевины и второй паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, конденсации второй паровой фазы в конденсаторе секции извлечения мочевины, сообщающемся с указанным аппаратом для разложения, с получением рециркулирующего водного раствора карбамата аммония. Также изобретение относится к установке для осуществления заявленного способа и способу реконструкции ранее смонтированной установки. Применение настоящего изобретения позволяет обеспечивать высокую конверсию диоксида углерода с получением мочевины при низком расходе энергии. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающий стадии:
подачи аммиака и диоксида углерода в секцию синтеза мочевины, работающую при заданном высоком давлении,
взаимодействия аммиака и диоксида углерода в секции синтеза с получением водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак,
подачи части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в секцию обработки, работающую при заданном среднем давлении, для извлечения содержащихся в нем карбамата аммония и аммиака,
диссоциации указанной части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в секции обработки с получением водного раствора мочевины и паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду,
конденсации указанной паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в секции обработки с получением водного раствора карбамата аммония,
рециркуляции указанного водного раствора карбамата аммония в секцию синтеза мочевины,
подачи оставшейся части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в аппарат для разложения в секции извлечения мочевины через зону выпаривания, работающие, по существу, при упомянутом заданном высоком давлении,
отличающийся тем, что он также включает стадии:
подачи водного раствора мочевины, полученного в результате диссоциации в секции обработки, в аппарат для разложения в секции извлечения мочевины, работающей при заданном низком давлении,
разложения водного раствора мочевины в аппарате для разложения секции извлечения мочевины до получения концентрированного раствора мочевины и второй паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду,
конденсации второй паровой фазы в конденсаторе секции извлечения мочевины, сообщающемся с указанным аппаратом для разложения, с получением рециркулирующего водного раствора карбамата аммония.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает стадии:
подачи диоксида углерода в конденсатор секции извлечения мочевины, конденсации диоксида углерода с указанной второй паровой фазой в конденсаторе секции извлечения мочевины с получением рециркулирующего водного раствора карбамата аммония.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что подают диоксид углерода в конденсатор в секции извлечения мочевины в количестве, составляющем от 1 до 10 мас.% от всего количества исходного диоксида углерода.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подаваемого в секцию обработки, работающую при среднем давлении, составляет от 10 до 50 мас.% указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, полученного в секции синтеза.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное среднее давление секции обработки составляет от 10 до 70 бар.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный рециркулирующий водный раствор карбамата аммония, полученный в конденсаторе секции извлечения мочевины при низком давлении, подают на указанную стадию конденсации паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в секции обработки.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная стадия конденсации паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в секции обработки обеспечивает двойной эффект.
8. Установка (10) получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, содержащая
секцию (11) синтеза мочевины под высоким давлением, включающую реактор, отпарной аппарат (13) и конденсатор (12),
секцию (16) обработки при среднем давлении, включающую аппарат (17) для диссоциации и конденсатор (18),
секцию (21) извлечения мочевины при низком давлении, включающую аппарат (22) для разложения и конденсатор (23),
причем секции (11, 16, 21) сообщаются друг с другом, а
упомянутый реактор имеет выход водного раствора, содержащего мочевину, карбамат и аммиак, и этот выход включает первую линию для подачи части упомянутого раствора в отпарной аппарат (13) секции (11) синтеза и вторую линию для подачи части упомянутого раствора в аппарат (17) для диссоциации секции среднего давления, и
установка дополнительно содержит соединительный трубопровод (29) для подачи раствора мочевины, полученного в аппарате (17) для диссоциации, в аппарат (22) для разложения секции (21) извлечения мочевины при низком давлении.
9. Установка (10) по п.8, отличающаяся тем, что она дополнительно включает трубопровод (27) для подачи исходного диоксида углерода в конденсатор (23) секции (21) извлечения мочевины при низком давлении.
10. Установка (10) по п.8, отличающаяся тем, что конденсатор (18) секции (16) обработки при среднем давлении содержит пучок труб, сообщающихся друг с другом, внутритрубную зону с концентрированным раствором мочевины, выходящим из аппарата (22) для разложения секции (21) извлечения мочевины при низком давлении, и межтрубную зону с паровой фазой, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, выходящей из аппарата (17) для диссоциации секции (16) обработки при среднем давлении, а также с рециркулирующим водным раствором карбамата, выходящим из конденсатора (23) секции (21) извлечения мочевины при низком давлении.
11. Способ реконструкции ранее смонтированной установки получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, содержащей секцию (11) синтеза мочевины под высоким давлением и секцию (21) извлечения мочевины при низком давлении, включающую аппарат (22) для разложения и конденсатор (23), причем эти секции (11, 21) сообщаются друг с другом, отличающийся тем, что осуществляют:
монтаж секции (16) обработки при среднем давлении части раствора мочевины, полученного в указанной секции (11) синтеза, включающей аппарат (17) для диссоциации и конденсатор (18), причем эта секция (16) обработки при среднем давлении сообщается с секцией (11) синтеза мочевины под высоким давлением и секцией (21) извлечения мочевины при низком давлении, и
монтаж соединительного трубопровода (29) между указанными аппаратом (17) для диссоциации секции (16) обработки при среднем давлении и аппаратом (22) для разложения секции (21) извлечения мочевины при низком давлении.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что он включает монтаж трубопровода (27) для подачи исходного диоксида углерода в указанный конденсатор (23) секции (21) извлечения мочевины при низком давлении.
| US 4864059 A, 05.09.1989 | |||
| АВТОНОМНЫЙ ГАЗОВЫЙ РЕЗАК | 1994 |
|
RU2090323C1 |
| СПОСОБ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ ИЗ АММИАКА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА (ВАРИАНТЫ) | 1996 |
|
RU2172732C2 |
| RU 97107304 A, 10.11.1998. | |||
