УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТУРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ Российский патент 2014 года по МПК C07C273/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к новому способу получения мочевины. Изобретение обеспечивает усовершенствование контура высокого давления, используемого в обычных способах синтеза мочевины, и может использоваться для новых установок, а также для модернизации существующих установок для получения мочевины способом с самоотпаркой и отпаркой диоксидом углерода.

Уровень техники

Способ с самоотпаркой или термической отпаркой является широко известным способом синтеза мочевины. Этот способ разработан в конце 60-х компанией Снампроджетти (Snamprogetti), поэтому его часто называют способом компании Снампроджетти. Описание этого способа и установки для его осуществления можно найти, например, в GB 1542371. Этот способ применяется во всем мире на многих установках для получения мочевины.

По существу, способ с самоотпаркой представляет собой реакцию между аммиаком NH₃ и диоксидом углерода СО₂ в реакторе высокого давления, составляющего примерно 150-160 бар. Величина молярного отношения азота к углероду N/C в реакторе, как правило, составляет около 3,2-3,4.

Из реактора выпускают водный раствор мочевины, содержащий свободный непрореагировавший аммиак и непревращенный карбамат аммония. Для разложения карбамата и выделения аммиака и СО₂ этот раствор мочевины нагревают в устройстве высокого давления для отпарки. Паровая фаза, полученная в устройстве для отпарки и содержащая аммиак и СО₂, конденсируется в конденсаторе высокого давления и рециркулирует в реактор. Реактор, устройство для отпарки и конденсатор образуют так называемую секцию высокого давления или контур высокого давления.

Обычно установка включает также секцию извлечения (мочевины) с секцией разложения среднего давления (СД) и секцией разложения низкого давления (НД) для дополнительного разложения карбамата аммония и возврата карбамата вместе с аммиаком в зону реакции для повторного использования.

Устройство для отпарки обычно представляет собой теплообменник, в котором раствор мочевины, поступающий из реактора, подается в пучок труб с паровым обогревом без дополнительного использования газа для отпарки. Создаваемое паром тепло вызывает частичное разложение карабамата на диоксид углерода и аммиак, которые наряду с частью свободного аммиака выделяются в верхней части устройства для отпарки. В некоторых случаях аммиак используется в качестве инертного газа для отпарки.

Конденсатор обычно представляет собой кожухотрубное горизонтальное устройство, в котором газовая фаза конденсируется в трубном пространстве в присутствии раствора рециклового карбамата, полученного из секций СД и НД и используемого в качестве конденсационной жидкости. Теплота конденсации используется для получения пара.

Выход реакции в реакторе является сравнительно низким, обычно около 60%. Известно, что выход реакции может быть более высоким, если реактор работает при большом избытке аммиака; однако это привело бы к нагнетанию избыточного аммиака в устройство для отпарки и в находящиеся на стороне выхода секции среднего и низкого давления, повышая нагрузку на это оборудование, так как избыточный аммиак в секции (-ях) СД и НД подлежит отделению и конденсации. Поэтому реактор, как правило, работает при величине отношения N/C не более 3,2-3,4.

Таким образом, требуется повысить выход реакции без нежелательного увеличения нагрузки для секций СД и НД. Такая потребность с особой остротой ощущается на новых установках, а также при модернизации имеющихся установок для получения мочевины с самоотпаркой, работающих с применением вышеуказанного способа. В настоящем изобретении термин "модернизация" означает модификацию имеющейся установки с целью улучшения ее эксплуатационных параметров и обеспечения, например, более высокой производственной мощности и (или) более высокого выхода реакции, а также снижения энергопотребления, например, путем уменьшения подачи пара в устройство для отпарки.

Другим широко известным способом является способ с отпаркой диоксидом углерода, в котором диоксид углерода подают в устройство высокого давления для отпарки в качестве средства для отпарки. Способ с отпаркой диоксидом углерода обладает определенными выгодными отличительными признаками, но имеет ограничение при увеличении размера оборудования, в первую очередь, устройства для отпарки. Такое ограничение с особой остротой ощущается, в частности, на установках большой мощности, например более 3500 т/сутки.

Раскрытие изобретения

Техническая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть вышеуказанные недостатки известных способов синтеза мочевины.

В настоящем изобретении предлагается способ, в котором аммиак и диоксид углерода вступают в реакцию в контуре высокого давления, включающем по меньшей мере реактор синтеза, секцию термической отпарки и секцию конденсации карбамата, отличающийся тем, что:

раствор мочевины, полученный в реакторе, подвергают адиабатической отпарке в секции адиабатической отпарки с использованием диоксида углерода в качестве средства (среды) для отпарки, получая жидкий раствор мочевины и паровую фазу, содержащую аммиак и диоксид углерода;

затем раствор мочевины, полученный в процессе адиабатической отпарки, подвергают термической отпарке в секции термической отпарки;

паровую фазу возвращают в зону реакции в реакторе синтеза для повторного использования.

В соответствии с первой особенностью изобретения процесс адиабатической отпарки регулируется так, чтобы величина отношения N/C в реакторе синтеза была больше величины отношения N/C в растворе мочевины на входе в секцию термической отпарки. Предпочтительно реактор синтеза работает при величине отношения N/C, равной 4-6, а, более предпочтительно примерно 4,5, тогда как на входе в секцию термической отпарки величина отношения N/C поддерживается равной примерно 2-4, предпочтительно 2,6.

В настоящем изобретении термин "секция термической отпарки" используется в отношении секции отпарки, в которой процесс отпарки связан с подводом тепла, например, в виде обогрева паром, соответственно включающей устройство для самоотпарки без введения какого-либо средства для отпарки или устройство для отпарки диоксидом углерода, в котором диссоциации раствора мочевины способствует поток диоксида углерода.

Таким образом, особенностью изобретения является то, что в секцию термической отпарки подают часть диоксида углерода для использования в качестве средства для отпарки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения все количество исходного диоксида углерода делят на первую часть, направляемую в секцию адиабатической отпарки; вторую часть, направляемую в реактор, и третью часть, направляемую в секцию термической отпарки. В секцию адиабатической отпарки подают предпочтительно 20-60% всего исходного количества диоксида углерода, а остающуюся часть распределяют между реактором и секцией отпарки. Более предпочтительно остающуюся часть распределяют в основном поровну между реактором и секцией отпарки.

Способ адиабатической отпарки осуществляется в основном под таким же давлением, как в реакторе. В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения секция адиабатической отпарки может быть выполнена в виде внешнего устройства (устройств) между реактором и имеющейся секцией отпарки или в виде устройства для отпарки, являющегося частью самого реактора. В настоящем описании изобретения для упрощения упоминается также "устройство для термической или адиабатической отпарки", при этом имеются в виду вышеуказанные секции отпарки.

Предлагаемый в изобретении способ представляет собой существенное усовершенствование известных технологий получения мочевины, включающих общепринятый способ с самоотпаркой и способ с отпаркой диоксидом углерода.

В изобретении предлагается первый контур для рециркуляции аммиака, включающий реактор и устройство для адиабатической отпарки, и второй контур, включающий устройство для адиабатической отпарки и устройство для термической отпарки. Таким образом, величина отношения N/C в реакторе в определенных пределах становится независимой от величины отношения N/C в устройстве для термической отпарки и в секции извлечения. Такую степень независимости можно использовать для увеличения выхода реакции, исключив нежелательное увеличение вдвое избытка аммиака, подаваемого в устройство для отпарки и секции СД и НД.

Таким образом, реактор может работать с некоторым избытком аммиака, при этом величина отношения N/C в устройстве для термической отпарки и в секции извлечения по существу остается неизменной. В зависимости от условий выход реакции может достигать 68-75% в сравнении примерно с 60% на обычной установке с самоотпаркой.

Другим преимуществом является то, что благодаря величине отношения N/C в реакторе расход пара в устройстве для термической отпарки обычно снижается на 15-30%. Такое снижение расхода пара само по себе является преимуществом и оставляет некоторый резерв для повышения мощности установки в целом. Подача части СО₂ в устройство для термической отпарки имеет дополнительное преимущество, состоящее в уменьшении количества аммиака, которое необходимо извлекать в секции СД, расположенной на стороне выхода. Количество рециклового NH₃ и карбамата можно уменьшить примерно на 30%. Для новой установки это означает, что при заданной мощности по производству мочевины секция среднего давления имеет более простое устройство и обходится дешевле, чем на известных установках; при модернизации старой установки это означает, что некоторые элементы оборудования секции СД могут быть отключены или, с другой стороны, имеющаяся секция СД обеспечивает значительный резерв для повышения производительности.

Еще одним преимуществом в сравнении с обычным способом с самоотпаркой является то, что можно уменьшить величину отношения N/C в конденсаторе, обеспечивая более высокую температуру конденсации. Величина отношения N/C в растворе на выходе из конденсатора предпочтительно составляет 2-3,5, а более предпочтительно - 2,5, т.е. значительно ниже показателей 3,5-4, используемых на известных установках. Это означает более высокий показатель дельта-Т (разность температур) в конденсаторе и, следовательно, более эффективную конденсацию. Следующее связанное с этим преимущество заключается в том, что благодаря повышению температуры увеличивается количество мочевины, образующейся в конденсаторе.

Величина отношения Н/С (между Н₂О и СО₂) также уменьшается, оказывая положительное влияние на смещение равновесия реакции вправо, так как вода является продуктом. Например, на установке с самоотпаркой величина отношения Н/С меняется от обычного значения, равного 0,9, до более низкого значения 0,6-0,7.

Установка для получения мочевины, предназначенная для работы в соответствии с вышеуказанным способом, включает контур высокого давления с по меньшей мере реактором синтеза, в который подают аммиак и диоксид углерода, секцией термической отпарки, включающей по меньшей мере одно устройство для отпарки, и секцией конденсации, включающей по меньшей мере один конденсатор карбамата, и отличается:

наличием по меньшей мере одной дополнительной секции отпарки, созданной между реактором и секцией термической отпарки и работающей как секция адиабатической отпарки диоксидом углерода;

наличием средств для подачи полученного в реакторе раствора мочевины в секцию адиабатической отпарки и средств для подачи раствора мочевины, извлеченного из секции адиабатической отпарки, в находящуюся на стороне выхода секцию термической отпарки;

наличием средств для возврата газовой фазы, отводимой из секции адиабатической отпарки и содержащей диоксид углерода и аммиак, в зону реакции в реактор синтеза для повторного использования.

Как указано выше, при ссылке на "секцию термической отпарки" имеют в виду секцию отпарки, включающую по меньшей мере одно обогреваемое (например, с паровым обогревом) устройство для отпарки, которое может работать в соответствии со способом с самоотпаркой или с отпаркой диоксидом углерода.

Еще в одном варианте осуществления изобретения секция отпарки введена в реактор, включающий верхнюю зону реакции и нижнюю зону адиабатической отпарки. Нижняя зона отпарки принимает жидкий раствор мочевины, поступающий из верхней зоны реакции. Реактор имеет соответствующие средства для подачи потока диоксида углерода и потока аммиака, включая рецикловый карбамат, в верхнюю зону реакции, а также средства для подачи дополнительного потока СО₂ в зону адиабатической отпарки для использования в качестве средства (среды) для отпарки.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения реактор включает несколько устройств для контактирования газа и жидкости в нижней зоне адиабатической отпарки; распределительное устройство для жидкости, принимающее раствор мочевины и карбамата из верхней зоны реакции и распределяющее этот раствор через устройства для контактирования газа и жидкости; находящееся в нижней части газораспределительное устройство, обеспечивающее подачу СО₂ в зону адиабатической отпарки; жидкостный затвор, предпочтительно выполненный с вытяжной трубой и отделяющий верхнюю зону реакции от нижней зоны адиабатической отпарки. Жидкостный затвор обеспечивает возврат паровой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода, и отводимой из нижней зоны отпарки в верхнюю зону реакции в реакторе для повторного использования.

Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ модернизации имеющейся установки для получения мочевины с целью осуществления вышеописанного способа. Этот способ применим к имеющимся установкам для получения мочевины с самоотпаркой или отпаркой диоксидом углерода, включающим контур синтеза высокого давления по меньшей мере с реактором синтеза, в который подают аммиак и диоксид углерода, секцией отпарки, включающей по меньшей мере одно устройство для отпарки, и секцией конденсации, включающей по меньшей мере один конденсатор карбамата, и отличается тем, что:

обеспечивают по меньшей мере одну дополнительную секцию адиабатической отпарки диоксидом углерода;

обеспечивают соответствующие средства для подачи раствора мочевины, полученного в реакторе, в секцию адиабатической отпарки и для подачи раствора мочевины, извлеченного из секции адиабатической отпарки, в секцию отпарки, расположенную на стороне выхода (ниже по потоку);

обеспечивают дополнительные средства для возврата газовой фазы, содержащей диоксид углерода и аммиак, и отводимой из секции адиабатической отпарки, в реактор синтеза для повторного использования в зоне реакции.

Дополнительная секция адиабатической отпарки добавлена на стороне выхода (ниже по потоку) реактора и на стороне входа (выше по потоку) секции отпарки, имеющейся в компоновке установки.

В первом варианте осуществления предлагаемого способа модернизации дополнительная секция адиабатической отпарки выполнена путем добавления на первоначальной схеме расположения по меньшей мере одного устройства для отпарки. Во втором варианте осуществления этого способа дополнительная секция адиабатической отпарки выполнена путем модификации имеющегося реактора или замены "его новым реактором, так что секция адиабатической отпарки является частью реактора синтеза.

Модифицированный или новый реактор включает верхнюю зону реакции и нижнюю зону адиабатической отпарки, как описано выше. Для подачи потока аммиака, включая возвращаемый (рецикловый) карбамат, и потока диоксида углерода в верхнюю зону реакции и для подачи дополнительного количества СО₂ в новую добавленную зону адиабатической отпарки созданы соответствующие средства. Обычный реактор может быть модифицирован путем добавления вытяжной трубы с жидкостным затвором; отделения верхней зоны реакции от нижней зоны адиабатической отпарки; установки в нижней зоне адиабатической отпарки нескольких устройств для контактирования газа и жидкости; установки распределительного устройства для жидкости, принимающего раствор мочевины и карбамата из верхней зоны реакции и распределяющего этот раствор через устройства для контактирования газа и жидкости; установки предпочтительно в нижней части реактора газораспределительного устройства, обеспечивающего подачу СО₂ в нижнюю зону адиабатической отпарки.

Имеющуюся линию (далее - трубопровод) для подачи диоксида углерода предпочтительно модифицируют таким образом, что во время работы первая часть всего используемого количества СО₂ направляется в секцию адиабатической отпарки; вторая часть направляется в реактор, а третья часть направляется в секцию термической отпарки для использования в качестве средства для отпарки.

Модернизированная установка преимущественно работает при величине отношения N/C в реакторе, равной 4-6, а предпочтительно - примерно 4,5, т.е. при существенном избытке аммиака в сравнении с обычным способом с самоотпаркой, обеспечивая преимущество в виде повышения степени превращения. Это становится возможным благодаря контуру между реактором и новым устройством для адиабатической отпарки, который обеспечивает рециркуляцию избыточного аммиака в тот же реактор, не оказывая негативного воздействия на работу оборудования, расположенного на стороне выхода, и на работу секции извлечения.

Кроме того, преимущество модернизации установок с самоотпаркой в соответствии с изобретением заключается в следующем. Работа устройства для отпарки на обычной установке с самоотпаркой ограничена из-за так называемого "захлебывания", связанного с избытком газа в трубах. Поэтому дополнительная подача СО₂ в устройство для отпарки в качестве средства для отпарки невозможна или допускается лишь в очень малом количестве. Благодаря обеспеченному изобретением повышению степени превращения в реакторе уменьшается количество газа, образующееся в устройстве для отпарки, и имеющееся устройство для отпарки может допустить использование большего количества дополнительного СО₂ в качестве средства для отпарки, и далее, как еще одно следствие этого, уменьшается количество аммиака, выделяющееся в расположенную на стороне выхода секцию извлечения, что дает вышеуказанные преимущества, состоящие в более простом устройстве секции извлечения и снижении затрат на нее.

Одним из преимуществ изобретения в сравнении с обычным способом отпарки диоксидом углерода является уменьшение размера оборудования относительно мощности, и значит, легче обеспечить большую производительность, например, 4000-5000 т мочевины в сутки.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из приведенного ниже описания некоторых вариантов его осуществления, представленного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

Краткое описание чертежей

фиг.1 - упрощенная схема установки для получения мочевины в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения,

фиг.2 - упрощенная схема установки для получения мочевины в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения,

фиг.3 - чертеж реактора синтеза мочевины для установки, представленной на фиг.2.

фиг.4 - компоновка установки для получения мочевины в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Как видно из фиг.1, контур 1 синтеза высокого давления на установке для получения мочевины в основном включает реактор 2, имеющий зону реакции, устройство 3 с паровым обогревом для термической отпарки и конденсатор 4.

Диоксид углерода подают по трубопроводу (линии для подачи диоксида углерода) 5, а аммиак подают по трубопроводу 6 и через эжектор 7. Диоксид углерода поступает в реактор 2 по трубопроводу 8 и вступает в реакцию с аммиаком, образуя водный раствор 9 мочевины, содержащий мочевину, карбамат аммония и аммиак.

Раствор 9 направляют в устройство 10 для адиабатической отпарки, одновременно принимающее поток 11 диоксида углерода. Устройство 10 для адиабатической отпарки расположено между реактором 2 и устройством 3 с паровым обогревом для отпарки, т.е. на стороне входа устройства 3 для отпарки.

Из устройства 10 для адиабатической отпарки выходят раствор 12 мочевины, содержащий мочевину и карбамат аммония, причем содержание аммиака в нем меньше, чем в растворе 9 на входе, и газовая фаза 13, содержащая аммиак и СО₂. Раствор 12 мочевины направляют в расположенное на стороне выхода устройство 3 для термической отпарки, в то время как газовая фаза 13 рециркулирует в зону реакции реактора 2.

Отпаренный раствор 14 мочевины, выходящий из устройства 3 для отпарки, направляют в секции среднего и низкого давления для извлечения мочевины (не показаны), тогда как газовую фазу 15, полученную в том же устройстве 3 для отпарки, подвергают конденсации в конденсаторе 4 и возвращают в реактор 2 для повторного использования. В частности, конденсатор 4 получает газовую фазу 15 вместе с неконденсирующимися газами 30, удаляемыми из реактора 2, и потоком рециклового карбамата 20, поступающего из секции извлечения;

конденсат 23 направляется в сепаратор 21, а затем в эжектор 7 по трубопроводу 22, поступая в реактор по трубопроводу 6а вместе с потоком 6 свежего аммиака. Неконденсирующиеся газы отводят из сепаратора 21 в напорный трубопровод 31. Специалистам в данной области техники эти детали известны, и поэтому их более подробное описание не приведено,

В частности, следует отметить, что устройство 10 для адиабатической отпарки создает промежуточный контур, обеспечивающий рециркуляцию аммиака, содержащегося в растворе 9 мочевины, непосредственно в реактор. Следовательно, величина отношения N/C (моль NH_з/ моль СО₂) в реакторе 2 может быть больше величины отношения N/C в устройстве 3 для отпарки, расположенном на стороне выхода. В предпочтительном варианте осуществления способа, предлагаемого в изобретении, реактор 2 работает при величине отношения N/C, равной примерно 4,5, тогда как величина отношения N/C в устройстве 3 для отпарки составляет примерно 2,6.

Часть используемого CO₂, поступающего по трубопроводу 5, направляют по трубопроводу 16 в устройство 3 с паровым обогревом для отпарки, чтобы еще более активировать разложение карбамата, содержащегося в растворе 12. Поток диоксида углерода, поступающий по трубопроводу 5, предпочтительно разделяют следующим образом: около 50% - в устройство для адиабатической отпарки (трубопровод 11), 30% - в реактор 2 (трубопровод 8) и 20% - в устройство 3 для отпарки (трубопровод 16).

В частном варианте осуществления изобретения поток СО₂ по трубопроводу 16 можно подавать не в нижнюю часть устройства 3 для отпарки, как показано, а в верхнюю часть. Подача потока 16 в верхнюю часть устройства 3 для отпарки целесообразна, в первую очередь, в том случае, когда установка 1 является результатом модернизации имеющейся установки со сравнительно небольшим устройством 3 для отпарки и замена его устройством для отпарки большего размера считается неприемлемой.

Компоновка контура 1 может являться частью новой установки или результатом модернизации имеющейся установки для получения мочевины. Далее приведено более подробное описание способа модернизации установки с самоотпаркой, предлагаемого в изобретении.

Например, контур высокого давления на имеющейся установке включает реактор 2, устройство 3 с паровым обогревом для отпарки и конденсатор 4. Раствор 9 мочевины первоначально направляют непосредственно в устройство 3 для отпарки, а исходный СО₂, как обычно, направляют только в реактор. Устройство 3 для отпарки по существу представляет собой теплообменник с пучком труб с паровым обогревом; конденсатор 4 - это горизонтальный кожухотрубный теплообменник, в котором конденсация осуществляется в трубной зоне, а теплота конденсации используется для получения пара.

Для осуществления способа, предлагаемого в изобретении, вмешательство с целью модернизации вышеуказанной установки включает по меньшей мере установку нового устройства 10 и монтаж связанных с ним напорных трубопроводов и вспомогательного оборудования, такого как трубопроводная арматура, насосы и т.д.

Как видно из той же схемы расположения на фиг.1, модернизацию можно осуществить путем добавления устройства 10 для адиабатической отпарки и связанного с ним трубопровода 11 для подачи CO₂ на стороне входа имеющегося устройства 3; монтажа напорного трубопровода для подачи раствора 9 мочевины, выпускаемого из реактора 2, в вышеуказанное новое устройство 10 для отпарки; монтажа напорного трубопровода для подачи раствора 12 мочевины из нового устройства 10 для отпарки в первоначальное устройство 3 для термической отпарки; монтажа напорного трубопровода для подачи газовой фазы 13, отводимой в верхней части нового устройства 10 для отпарки, в реактор 2. В эквивалентных вариантах осуществления изобретения и в соответствии с конкретными потребностями можно также модернизировать или заменить первоначальное устройство 3 для отпарки и (или) первоначальный конденсатор 4.

Линию для подачи СО₂ предпочтительно модифицируют так, чтобы обеспечить подачу CO₂ по трубопроводам 8, 11 и 16 соответственно в реактор 2, устройство 10 для адиабатической отпарки и устройство 3 для термической отпарки, используя, таким образом, диоксид углерода в качестве средства для отпарки.

Во время работы новое устройство 10 позволяет поддерживать в реакторе 2 избыток аммиака, исключая отвод избыточного аммиака в устройство 3 для отпарки и в трубопровод 14, идущий в секцию извлечения мочевины, расположенную на стороне выхода. В устройстве 10 избыточный аммиак фактически удаляют из потока 9 и по трубопроводу 13 в виде газовой фазы возвращают для повторного использования в тот же реактор 2. Это означает, что можно увеличить выход реакции, не нарушая режима работы секции извлечения.

Фиг.2 относится к варианту осуществления изобретения, в котором устройство 10 для адиабатической отпарки включено в зону 202 отпарки в реакторе. Реактор 200 в основном включает верхнюю зону 201 реакции и зону 202 адиабатической отпарки, в которой жидкий раствор мочевины, поступающий из верхней зоны 201, проходит через систему последовательно расположенных тарелок или насадок, и адиабатическая отпарка происходит с использованием дополнительного количества СО₂, подаваемого по трубопроводу 11. В зону 201 реакции по трубопроводу 6а подают NH₃ и карбамат, нагнетаемый эжектором 7, а по трубопроводу 8 - диоксид углерода. Объем зоны 202 адиабатической отпарки предпочтительно составляет 10-20% используемого объема реактора 200.

Зона 201 реакции и зона 202 адиабатической отпарки разделены жидкостным затвором, обеспечивающим прохождение газа из нижней зоны 202 в верхнюю зону 201. Раствор мочевины отбирают в нижней части нижней зоны 202 адиабатической отпарки и направляют в устройство 3 для термической отпарки. Следует отметить, что напорные трубопроводы 9 и 13 на фиг.2 не показаны, так как устройство 10 фактически включено в реактор 200.

Расположение других элементов, таких как конденсатор 4 и сепаратор 21, эквивалентно расположению на фиг.1.

Подробности по предпочтительному варианту модификации реактора 200 представлены на фиг.3. Верхняя зона 201 реакции включает систему последовательно расположенных тарелок 203 и отделена от нижней зоны 202 вытяжной трубой 204 с жидкостным затвором. Раствор мочевины получают в зоне 201, в которую по трубопроводу 6а подают NH₃ и карбамат, а по трубопроводу 8 - СО₂, и транспортируют по трубопроводу 205 в распределительное устройство 206 для жидкости, а затем через систему последовательно расположенных устройств для контактирования газа и жидкости, представленных в этом варианте тарелками 207, образующими в нижней зоне 202 устройство 10 для адиабатической отпарки. Дополнительное количество диоксида углерода подают через газораспределительное устройство 208, смонтированное в нижней части реактора и подключенное к трубопроводу 11 для подачи СО₂.

Во время работы жидкий раствор, полученный путем реакции в верхней зоне 201, течет вниз по трубопроводу 205 и через распределительное устройство - по тарелкам 207, на которых осуществляется его отпарка диоксидом углерода, подаваемым по трубопроводу 11. Трубопровод 205 и распределительное устройство 206 выполняют функцию напорного трубопровода 9, показанного на фиг.1, тогда как вытяжная труба 204 по существу выполняет функцию трубопровода 13, показанного на той же фиг.1, обеспечивая рециркуляцию паров, образовавшихся в зоне 202 адиабатической отпарки, в зону 201 реакции. Раствор отбирают в трубопровод 12, оснащенный регулятором уровня жидкости, и направляют в устройство для термической отпарки. Неконденсирующиеся газы отводят в трубопровод 30.

Для создания реактора, имеющего конфигурацию, показанную на фиг.3, можно модернизировать обычный реактор путем удаления части имеющихся тарелок 203, так чтобы обеспечить в нижней части реактора достаточное место для тарелок 207 новой зоны отпарки, и путем установки газораспределительного устройства 208, распределительного устройства 206 для жидкости и вытяжной трубы 204 с жидкостным затвором. Тарелки 203 и 207 можно удалять и устанавливать через люк реактора, таким образом, существенное воздействие на корпус реактора не требуется. Сварные соединения и модификация устройств ввода и вывода на корпусе реактора преимущественно ограничены.

На фиг.4 показана еще одна схема расположения, на которой элементы оборудования, эквивалентные элементам, представленным на фиг.1, обозначены теми же ссылочными номерами. Конденсатор 4 в этом варианте представляет собой вертикальное кожухотрубное устройство, а элемент 21 является скруббером.

Поток NH₃, подаваемый по трубопроводу 6, разделяют на первую часть, направляемую по трубопроводу 6b к эжектору 7, и вторую часть, направляемую по трубопроводу 6 с ко второму эжектору 40. Первый эжектор 7 получает поток 42 жидкости, образовавшийся в результате конденсации в конденсаторе 4, тогда как второй эжектор 40 получает поток 22 жидкости из скруббера 21. Поток 41, выходящий из эжектора 40, наряду с газовой фазой 15 из устройства 3 для отпарки направляют в конденсатор 4. Остаточную газовую фазу 23 на выходе из конденсатора 4 объединяют с газовой фазой 30 из реактора 2 и направляют в скруббер 21.

Трубопровод 5 и на этой схеме расположения предпочтительно разделен на участки 8, 11 и 16 для подачи СО₂ в реактор, устройство 10 для адиабатической отпарки и устройство 3 для отпарки.

Для модернизации обычной установки с отпаркой диоксидом углерода предпочтительно принимают схему расположения, показанную на фиг.4. Например, установку с отпаркой диоксидом углерода с контуром высокого давления, включающим основные элементы - реактор 2, устройство 3 для отпарки, конденсатор 4 и скруббер 21, можно модернизировать путем добавления устройства 10 для адиабатической отпарки и связанных с ним напорных трубопроводов 9, 11, 12 и 13. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения эту установку можно модернизировать путем установки модифицированного реактора с включенной в него секцией 202 адиабатической отпарки, как показано на фиг.3.

Изобретение относится к способу получения мочевины. Способ включает вступление в реакцию аммиака и диоксида углерода в контуре (1) высокого давления, включающем по меньшей мере реактор (2, 200) синтеза, секцию (3) термической отпарки и секцию (4) конденсации карбамата. При этом раствор (9) мочевины, полученный при взаимодействии аммиака и диоксида углерода, подвергают адиабатической отпарке в секции (10) адиабатической отпарки с подачей (11) диоксида углерода в качестве средства для отпарки, получая жидкий раствор (12) мочевины и паровую фазу (13), содержащую аммиак и диоксид углерода. Раствор (12) мочевины, полученный в процессе адиабатической отпарки, дополнительно подвергают термической отпарке в секции (3) термической отпарки и возвращают паровую фазу (13) в зону реакции в реакторе синтеза для повторного использования. Секция термической отпарки включает устройство для самоотпарки без добавления какого-либо средства для отпарки или включает устройство для отпарки диоксидом углерода, в которое в качестве средства для отпарки подают диоксид углерода, а линия (5) для подачи диоксида углерода разделена на первый участок (11), направленный в секцию (10) адиабатической отпарки, второй участок (8), направленный в реактор (2), и третий участок (16), направленный в секцию (3) термической отпарки, и при этом по первому участку (11) подается количество диоксида углерода, составляющее 20-60% от всего исходного количества. Также предложены установка для получения мочевины и способ ее модернизации. Изобретение позволяет увеличить выход реакции, обеспечить более высокую производительную мощность и снизить энергопотребление. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения мочевины, в котором аммиак и диоксид углерода вступают в реакцию в контуре (1) высокого давления, включающем по меньшей мере реактор (2, 200) синтеза, секцию (3) термической отпарки и секцию (4) конденсации карбамата, отличающийся тем, что:
раствор (9) мочевины, полученный при взаимодействии аммиака и диоксида углерода, подвергают адиабатической отпарке в секции (10) адиабатической отпарки с подачей (11) диоксида углерода в качестве средства для отпарки, получая жидкий раствор (12) мочевины и паровую фазу (13), содержащую аммиак и диоксид углерода;
раствор (12) мочевины, полученный в процессе адиабатической отпарки, дополнительно подвергают термической отпарке в секции (3) термической отпарки и
возвращают паровую фазу (13) в зону реакции в реакторе синтеза для повторного использования; причем
секция термической отпарки включает устройство для самоотпарки без добавления какого-либо средства для отпарки или включает устройство для отпарки диоксидом углерода, в которое в качестве средства для отпарки подают диоксид углерода, а линия (5) для подачи диоксида углерода разделена на первый участок (11), направленный в секцию (10) адиабатической отпарки, второй участок (8), направленный в реактор (2), и третий участок (16), направленный в секцию (3) термической отпарки, и при этом по первому участку (11) подается количество диоксида углерода, составляющее 20-60% от всего исходного количества.

2. Способ по п.1, в котором процесс адиабатической отпарки регулируется так, чтобы величина отношения N/C в реакторе синтеза была больше величины отношения N/C на входе в секцию термической отпарки.

3. Способ по п.2, в котором обеспечивают работу реактора синтеза с величиной отношения N/C, равной 4-6, предпочтительно примерно 4,5, тогда как величина отношения N/C в растворе мочевины на входе в секцию термической отпарки составляет 2-4, а предпочтительно примерно 2,6.

4. Способ по одному из пп.1-3, в котором величина отношения N/C в растворе мочевины на выходе из секции конденсации составляет 2-3,5.

5. Способ по п.1, в котором адиабатическую отпарку осуществляют в основном при том же давлении, что и в реакторе контура высокого давления.

6. Установка для получения мочевины, приспособленная для работы с использованием способа по одному из пп.1-5, включающая контур (1) высокого давления с по меньшей мере реактором (200) синтеза, в который подается исходный аммиак и исходный диоксид углерода, секцией термической отпарки, включающей по меньшей мере одно устройство (3) для отпарки, и секцией конденсации, включающей по меньшей мере один конденсатор (4) карбамата, отличающаяся тем, что включает:
по меньшей мере одну дополнительную секцию (10) отпарки, работающую как секция адиабатической отпарки диоксидом углерода и расположенную в реакторе (200), имеющем верхнюю зону (201) реакции и нижнюю зону (202) адиабатической отпарки;
причем дополнительная секция отпарки включена в реактор (200), имеющий верхнюю зону (201) реакции и нижнюю зону (202) адиабатической отпарки, получающую жидкий раствор мочевины, поступающий из верхней зоны реакции, и имеющий соответствующие средства для подачи потока (8) диоксида углерода, потока (6а) аммиака вместе с рецикловым карбаматом в верхнюю зону (201) реакции, а также средства для подачи дополнительного потока (11) СО₂ в зону адиабатической отпарки для использования в качестве средства для отпарки.

7. Установка по п.6, в которой реактор имеет несколько устройств (207) для контактирования газа и жидкости, размещенных в нижней зоне (202) адиабатической отпарки; распределительное устройство (206) для жидкости, принимающее раствор мочевины и карбамата из верхней зоны реакции и распределяющее этот раствор в устройствах (207) для контактирования газа и жидкости; газораспределительное устройство (208), размещенное в нижней части и обеспечивающее подачу СО₂ в зону (202) адиабатической отпарки; вытяжную трубу (204) с жидкостным затвором, отделяющим верхнюю зону (201) реакции от нижней зоны (202) адиабатической отпарки и обеспечивающим рециркуляцию паровой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода, из нижней зоны (202) отпарки в верхнюю зону (201) реакции в реакторе.

8. Способ модернизации установки для получения мочевины, включающей контур (1) синтеза высокого давления с по меньшей мере реактором (2) синтеза, в который подается исходный аммиак (6) и исходный диоксид углерода (5), секцией отпарки, включающей по меньшей мере одно устройство (3) для отпарки, и секцией конденсации, включающей по меньшей мере один конденсатор (4) карбамата, отличающийся тем, что:
обеспечивают в контуре (1) синтеза по меньшей мере дополнительную секцию (10) адиабатической отпарки диоксидом углерода;
обеспечивают соответствующие средства для подачи раствора (9) мочевины, полученного в реакторе (2), в секцию (10) адиабатической отпарки и для подачи раствора (12) мочевины, полученного из секции (10) адиабатической отпарки, в расположенную ниже по потоку секцию (3) термической отпарки;
обеспечивают дополнительные средства (13) для возврата газовой фазы, содержащей диоксид углерода и аммиак, выделенной в секции (10) адиабатической отпарки, в зону реакции в реакторе (2) синтеза,
причем секцию адиабатической отпарки создают путем модификации реактора (2) синтеза, обеспечивая в реакторе верхнюю зону (201) реакции и нижнюю зону (202) адиабатической отпарки, получающую жидкий раствор мочевины, поступающий из верхней зоны реакции, и, кроме того, обеспечивают средства для подачи в верхнюю зону реакции потока (6а) аммиака и возвращаемого карбамата, а также потока (8) диоксида углерода, и средства для подачи дополнительного СО₂ в зону адиабатической отпарки.

9. Способ по п.8, в котором обеспечивают работу модернизированной установки с величиной отношения N/C в реакторе, равной 4-6, тогда как величина отношения N/C в растворе мочевины на входе в устройство для термической отпарки составляет 2-4.