СПОСОБ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ Российский патент 2023 года по МПК C07C273/04 B01J19/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области производства мочевины.

Уровень техники

Промышленное производство мочевины осуществляется взаимодействием NH₃ и СО₂ при высоком давлении в соответствии со следующими равновесными реакциями:

2NH₃+СО₂↔карбамат аммония;

карбамат аммония↔мочевина+вода.

Мочевина имеет ряд промышленных применений, включающих производство удобрений и производство меламина. Меламин может вырабатываться из мочевины каталитическим процессом при низком давлении либо, предпочтительно, некаталитическим процессом при высоком давлении. Эти способы получения синтеза меламина известны специалистам.

Представляется привлекательным объединение производства мочевины с производством меламина, поскольку меламин синтезируется из мочевины, а в результате реакции синтеза меламина выделяется отходящий газ, в основном состоящий из аммиака и диоксида углерода (меламиновый отходящий газ), который может быть рециркулирован в установку получения мочевины либо непосредственно в газообразной форме, либо после конденсации.

В соответствии с приведенными выше реакциями, отходящий продукт реакции содержит мочевину, воду и неконвертированные реагенты, в основном, в виде карбамата (карбамината) аммония. Поскольку выход конверсии относительно невысок, в отходящем потоке реактора синтеза довольно много карбамата аммония (т.е. неконвертированного вещества).

Карбамат аммония, содержащийся в отходящем продукте реакции, может быть нейтрализован для образования побочных продуктов (однопроходный процесс), либо возвращен в реактор (рециркуляционный процесс). В рециркуляционном процессе, карбамат аммония разлагается, и полученные при этом аммиак и диоксид углерода возвращаются (рециркулируются) в реактор, либо в газообразном состоянии, либо после конденсации, например в виде рециркулируемого раствора, содержащего карбамат. Разложение карбамата осуществляется нагреванием раствора, обычно водяным паром в кожухотрубном устройстве. При этом регенерационная секция потребляет энергию в форме горячего пара.

Обзор различных процессов производства мочевины можно найти в литературе, например, в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH Verlag.

В известных способах синтез мочевины осуществляется в первичном реакторе и во вторичном реакторе при разном давлении.

В ЕР 0544056 раскрывается процесс, в котором синтез мочевины выполняется преимущественно в однопроходном первичном реакторе при первом давлении и частично во вторичном реакторе при втором давлении меньшей величины по сравнению с первым давлением. В первичный реактор поступает все подводимое свежее сырье диоксида углерода и аммиака, возможно, вместе с некоторым количеством рециркулируемого аммиака, поступающего через конденсатор карбамата высокого давления, для корректировки соотношения аммиака с углеродом. Отходящий пар из первичного реактора направляется во вторичный реактор вместе с рециркулируемым раствором, вырабатываемым в регенерационной секции. Жидкие отходящие потоки обоих реакторов направляются в секции, находящиеся далее по ходу технологического процесса.

В соответствии с этой схемой, свежие реагенты целиком направляются в первичный реактор, в то время как рециркулируемый раствор целиком направляется во вторичный реактор. Свежие реагенты только частично конденсируются в вышеупомянутом конденсаторе карбамата, поскольку для теплового баланса реактора требуется, чтобы определенное количество реагентов находилось в газообразном состоянии, в частности, газообразный СО₂. Частичная конденсация в конденсаторе карбамата обычно регулируется поддержанием заданной температуры в реакторе, например, от 195 до 200°С.

Представляет интерес возможность регенерации теплоты конденсации из конденсатора карбамата высокого давления. Обычно теплота конденсации передается питательной воде для вырабатывания пара низкого давления для дальнейшего использования в качестве источника тепла в процессе. Например, водяной пар может быть использован в регенерационной секции для термического разложения карбамата, или в испарительной секции для удаления воды из раствора мочевины. В установке получения мочевины и меламина водяной пар может быть использован, среди прочего, в секции кристаллизации меламина.

Описанный выше процесс имеет высокую эффективность с энергетической точки зрения. Однако количество тепла, обмениваемого в конденсаторе карбамата высокого давления, а значит и количество вырабатываемого пара, в значительной мере зависит от расхода свежего диоксида углерода, направляемого в первичный реактор. Свежий газообразный диоксид углерода (из источников за пределами установки), подводимый в первичный реактор, определяет процесс частичной конденсации и, следовательно, вырабатывания пара в конденсаторе карбамата.

Характеристики требуемого для процесса водяного пара могут существенно изменяться, например, в соответствии с типом процесса получения мочевины и наличия присоединенной меламиновой секции. Тот факт, что количество тепла, которое может быть регенерировано из конденсатора карбамата, существенно зависит от количества свежего диоксида углерода, подводимого в первичный реактор, в некоторых случаях может быть недостатком, например, при наличии меламиновой установки. Поэтому требуется разработка еще более гибкого решения и дальнейшее снижение энергопотребления.

В CN 1083806 и US 6150555 раскрывается способ, в котором мочевина вырабатывается в первом реакционном пространстве при давлении от 130 до 200 бар, и в однопроходном втором реакционном пространстве при давлении от 250 до 450 бар.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на усовершенствование процесса синтеза мочевины, использующего два разных реактора, работающих параллельно при разных давлениях. В частности, изобретение направлено на достижение большей гибкости и энергетической эффективности по сравнению с известными технологиями.

Эти задачи решаются способом синтеза мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающего:

синтез мочевины в первой секции синтеза мочевины, включающей по меньшей мере один первый реактор мочевины, работающей при первом давлении синтеза мочевины и вырабатывающей первый отходящий продукт реакции, содержащий мочевину;

синтез мочевины во второй секции синтеза мочевины, включающей по меньшей мере один второй реактор мочевины, работающей при втором давлении синтеза мочевины меньшем, чем первое давление синтеза мочевины, и вырабатывающей второй отходящий продукт реакции, содержащий мочевину;

стадию отпарки первого отходящего продукта реакции, осуществляемую в отпарной секции, включающей по меньшей мере одну отпарную колонну, работающую при давлении отпарки меньшем, чем первое давление синтеза, с получением жидкого отходящего потока отпарки, содержащего мочевину, и газовой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода;

причем второй отходящий продукт реакции и жидкий отходящий поток отпарки направляются в регенерационную секцию, где вырабатывается рециркулируемый раствор, содержащий карбамат, и

этот рециркулируемый раствор направляется частично в первый реактор и частично во второй реактор.

Первая секция синтеза мочевины и вторая секция синтеза мочевины обычно содержат по одному реактору мочевины. Однако, по идее, каждая секция может включать несколько реакторов, включенных параллельно. В приведенном далее описании, ссылки на первый реактор и второй реактор должны включать также варианты осуществления, имеющие несколько первых реакторов или несколько вторых реакторов.

Предпочтительно, в ходе процесса: направляют газовую фазу, отведенную из отпарной колонны, в конденсатор, и направляют сконденсированный отходящий поток из конденсатора во второй реактор. Конденсатор может быть назван конденсатором карбамата и расположен между отпарной колонной и второй секцией синтеза.

Газовая фаза из отпарной колонны может быть специально подвергнута частичной конденсации в конденсаторе, так, чтобы отходящий поток конденсата представлял собой двухфазный поток, все еще содержащий аммиак и/или диоксид углерода в газообразном состоянии.

В изобретении используется первый реактор мочевины, который может быть назван первичным реактором мочевины, и второй реактор мочевины, который может быть назван вторичным реактором мочевины. Первичный реактор работает при более высоком давлении, чем второй реактор, и вырабатывает большее количество мочевины. При необходимости может использоваться более одного первичного реактора и/или более одного вторичного реактора, например с параллельным включением.

Вновь подводимые реагенты, а именно аммиак и диоксид углерода, могут быть разделены между первым реактором и вторым реактором. Свежий аммиак может быть добавлен вместе с рециркуляционным аммиаком для получения в реакторе заданного соотношения N/C.

Предпочтительно, большая часть свежего сырья СО₂ направляется в первый реактор. В предпочтительном варианте осуществления, в реактор направляется 80% или более свежего сырья СО₂.

Отличительным признаком изобретения является то, что рециркулируемый раствор направляется в первый реактор и второй реактор, т.е. разделяется между ними. В предпочтительном варианте осуществления, большая часть рециркулируемого раствора, более предпочтительно, 75% или более, направляется в первый реактор.

В особенно предпочтительном варианте осуществления, первый реактор получает большую часть свежего сырья СО₂, а также большую часть рециркулируемого раствора. Более предпочтительно, первый реактор получает по меньшей мере 80% сырья СО₂ и по меньшей мере 75% рециркулируемого раствора.

Большая часть мочевины предпочтительно синтезируется в первом реакторе. Общее количество синтезируемой мочевины включает мочевину, содержащуюся в отходящем потоке отпарной колонны (т.е. синтезированную в первом реакторе), и мочевину, содержащуюся в отходящем потоке второго реактора. Предпочтительно, большая часть (т.е. более 50%) общего количества мочевины синтезируется в первом реакторе. Другими словами, более 50% общего количества мочевины содержится в жидком отходящем потоке отпарной колонны.

Газовая фаза, извлекаемая из отпарной колонны, предпочтительно имеет повышенной молярное отношение азота к углероду, т.е. обогащено азотом. Предпочтительно, это отношение в газовой фазе на выходе отпарной колонны составляет 3,5 или более 3,5.

На стадии отпарки отходящего потока первого реактора, предпочтительно осуществляется термическая отпарка. Термином термическая отпарка обозначается процесс отпарки, в котором карбамат аммония, содержащийся в отходящем потоке, разлагается под действием тепла, например, поступающего с горячим паром, и без добавления в отходящий поток газовой отпаривающей среды. Термическое отпаривание выполняется, в частности, в кожухотрубном аппарате, в котором отходящий поток подается в трубки, а через межтрубное пространство протекает горячая среда, например, горячий пар. Предпочтительный вариант осуществления термической отпарки не является, однако, единственно возможным, и может быть использован процесс отпарки, включающий добавление отпаривающего агента (например, газообразного аммиака или СО₂).

Первый реактор работает при давлении, значительно более высоком, чем давление второго реактора. В частности, рабочее давление первого реактора превышает по меньшей мере на 10 бар, более предпочтительно, по меньшей мере на 20 бар рабочее давление второго реактора. Первый реактор работает, предпочтительно, при давлении 200 бар или более, предпочтительно от 200 до 300 бар и более предпочтительно, при давлении от 220 до 240 бар. Второй реактор работает предпочтительно при давлении от 120 до 180 бар, более предпочтительно, от 140 до 160 бар. Все давления приведены относительно атмосферного давления, т.е. даны в барах избыточного давления (по манометру).

Первый реактор работает, предпочтительно, с отношением азота к углероду (N/C), равным 3,5-4. Предпочтительное отношение водорода к углероду (Н/С) в первом реакторе составляет от 0,3 до 0,7.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один первый реактор работает с отношением N/C в интервале от 3,5 до 4, и с отношением Н/С в интервале от 0,3 до 0,7, а по меньшей мере один второй реактор работает с отношением N/C в интервале от 3,3 до 3,8, и с отношением Н/С в интервале от 0,5 до 1,0.

В частности, предпочтительно, когда первый реактор работает с отношением N/C, равным 3,7, и с отношением Н/С, равным 0,45. Второй реактор работает предпочтительно с отношением N/C, равным 3,4, и с отношением Н/С, равным 0,55.

В регенерационной секции вырабатывается раствор мочевины, который может содержать примерно 70% мочевины, остальное - вода, возможно с небольшими количествами загрязнений. Часть мочевины или вся мочевина может быть использована для получения меламина. Для производства меламина требуется высококонцентрированный или почти чистый расплав мочевины, и поэтому раствор может быть сгущен в испарительной секции для удаления воды.

Особенностью изобретения также является установка в соответствии с формулой изобретения.

В некоторых вариантах осуществления, установкой является объединенная установка получения мочевины и меламина, включающая секцию мочевины и связанную с ней секцию меламина, в которой часть мочевины или вся мочевина, синтезированная в секции мочевины, используется в секции меламина для получения меламина.

Изобретение также может быть применимо для модернизации установки получения мочевины.

Например, установка мочевины, основанная на однопроходном процессе, может быть модернизирована путем: использования существующего реактора, исходно разработанного как реактор однопроходного процесса, в качестве первого реактора; установки второго реактора, работающего при меньшем давлении. При необходимости, также могут быть установлены и другие компоненты установки, например, отпарная колонна и конденсатор высокого давления.

Важным отличительным признаком изобретения является отпарка отходящего потока первого реактора и передача паров отпарной колонны во второй реактор, возможно, через конденсатор (конденсатор карбамата). Соответственно, конденсатор карбамата перемещается в питательную линию второго реактора. С другой стороны, первый реактор получает часть рециркулируемого раствора, содержащего карбамат, и уже не работает в режиме однопроходного процесса. Важным преимуществом изобретения является возможность регулирования количества рециркулируемого раствора, направляемого в первый реактор и второй реактор. Путем изменения количества этого раствора также регулируется тепловая нагрузка отпарной колонны, а также количество тепла, которое может быть регенерировано в конденсаторе карбамата.

В изобретении используется дополнительный параметр для управления первым реактором, а именно, количество рециркулируемого раствора, направляемого в этот реактор. В результате водяной пар, который может вырабатываться в конденсаторе карбамата для использования в расположенном далее в технологической цепи оборудовании, менее зависит от регулирования первого реактора.

Другое преимущество состоит в том, что пары отпарной колонны (т.е. газовая фаза, отводимая сверху отпарной колонны) обогащены аммиаком, что способствует конверсии мочевины.

В изобретении предложен способ, обладающий большей гибкостью в сочетании оптимального выхода конверсии с вырабатыванием необходимого пара для оборудования в дальнейших стадиях процесса. В частности, изобретение обеспечивает вырабатывание пара в соответствии с потребностями происходящих далее процессов (например, процессов испарения, объединения с меламиновой установкой), поддерживая оптимальные условия для реакции синтеза мочевины в первом реакторе.

Важным применением изобретения является объединенная установка получения мочевины и меламина. В объединенной установке получения мочевины и меламина, количество рециркулируемого раствора карбамата в норме больше обычного (например, в сравнении с отдельными установками получения мочевины) и обеспечивает больше свободы для регулирования реактора синтеза мочевины, не влияя на тепло, которое может быть регенерировано в конденсаторе карбамата.

Еще одним преимуществом изобретения является его более высокая энергетическая эффективность. Мочевину можно производить с меньшими затратами подводимой энергии по сравнению с известными технологиями, что означает снижение производственных затрат.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 представлена блок-схема установки получения мочевины в соответствии с первым вариантом осуществления;

на фиг. 2 представлена блок-схема установки получения мочевины в соответствии со вторым вариантом осуществления и с присоединенной установкой получения меламина;

на фиг. 3 представлена блок-схема третьего варианта осуществления.

Подробное описание осуществления изобретения

На фиг. 1 показаны в основном первичный реактор 1 получения мочевины, вторичный реактор 2 получения мочевины, конденсатор 3 карбамата, отпарная колонна 4 и регенерационная секция (РЕГ) 13.

Первичный реактор 1 работает при высоком давлении, например 230 бар. Вторичный реактор 2 также работает при высоком давлении, хотя и меньшем, чем давление реактора 1, например, 145 бар. Оба реактора 1 и 2 предпочтительно выполнены в виде колонных аппаратов с соответствующими внутренними устройствами, например, перфорированными тарелками, для улучшения тепло- и массопереноса между фазами, и спускным трубопроводом для отведения сверху отходящих продуктов реакции.

Регенерационная секция 13 выполнена в соответствии с известными технологиями и может содержать одну или более стадий регенерации при различных давлениях, величина которых меньше давления реакции в реакторах 1 и 2. Например, регенерационная секция 13 может включать одну стадию низкого давления или первую стадию среднего давления, за которой идет вторая стадия низкого давления. Среднее давление составляет, в частности, от 2 до 10 бар, в то время как низкое давление составляет, например, менее 2 бар и может быть равно атмосферному давлению. Регенерационная стадия или каждая регенерационная стадия может содержать декомпозер карбамата и конденсатор, как это известно из уровня техники.

Отпарная колонна 4 может работать при том же давлении, что и первичный реактор 1, или меньшем давлении. Предпочтительно, отпарная колонна 4 работает при давлении равном или близком к давлению вторичного реактора 2. Отпарной колонной 4 может быть, в частности, кожухотрубный аппарат с пучком труб, нагреваемых снаружи горячим водяным паром (не показаны).

Частично в первичный реактор 1 получения мочевины по линии 23а и частично во вторичный реактор 2 получения мочевины по линии 23b направляется свежее аммиачное сырье 5, возможно с добавкой повторно используемого аммиака 6. Повторно используемый аммиак 6 может присутствовать в некоторых вариантах осуществления изобретения, например, повторно используемый аммиак 6 образуется на выходе регенерационной стадии среднего давления в регенерационной секции 13.

Свежее СО₂ сырье 7 направляется частично в первичный реактор 1 мочевины по линии 7а и частично во вторичный реактор 2 мочевины по линии 7b.

Содержащий карбамат рециркулируемый раствор 17 из регенерационной секции 13 направляется частично в первичный реактор 1 мочевины по линии 17а и частично во вторичный реактор 2 мочевины по линии 17b.

Содержащим мочевину отходящим потоком 10 из первичного реактора 1 обычно является водный раствор мочевины, содержащий непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода, преимущественно в форме карбамата аммония. Этот отходящий поток 10 направляется во внутритрубное пространство отпарной колонны 4 и подвергается сбросу давления клапаном 20.

В трубах отпарной колонны 4 раствор 10 нагревается для разложения карбамата аммония. В результате, образуется очищенный раствор 11 и газ 12 верхней части колонны.

Очищенный раствор 11 направляется в регенерационную секцию 13 для дальнейшей обработки. Обработка в секции 13 может включать одну или более стадий разложения при среднем или пониженном давлении, упомянутом выше. В регенерационной секции 13 вырабатывается очищенный раствор 16 мочевины, обычно содержащий примерно 70% мочевины, остальное вода, и рециркулируемый раствор 17 карбамата. Этот раствор 17 нагнетается обратно в реакторы 1 и 2 по линиям 17а и 17b.

В некоторых вариантах осуществления, часть или весь раствор 16 мочевины может быть использован для получения меламина в присоединенной установке синтеза меламина, а отходящий после синтеза меламина газ рециркулируется в установку получения мочевины. Для этого раствор 16 мочевины сгущается в испарительной секции.

Отводимые через верх колонны пары 12, состоящие преимущественно из аммиака и диоксида углерода, частично конденсируются в конденсаторе 3 карбамата. Тепло, извлекаемое из паров 12 при их частичной конденсации, передается косвенным теплообменом в кипящую воду для вырабатывания водяного пара. Полученный таким образом пар может быть использован в другом месте, например, в регенерационной секции 13 для разложения карбамата, все еще остающегося в растворе 11.

Отходящий поток 22 конденсатора 3 карбамата направляется во вторичный реактор 2. Благодаря частичной конденсации, этим отходящим потоком 22 обычно является двухфазный поток. Следует отметить, что теплом, удаленным из паров 12 в конденсаторе 3, можно регулировать температуру вторичного реактора 2.

Содержащий мочевину раствор 21 отходящего потока из вторичного реактора 2 также направляется в регенерационную секцию 13 для дальнейшей обработки. Этот раствор 21 может обрабатываться вместе с раствором 11, поступающим из первичного реактора 1.

На фиг. 1 представлен предпочтительный вариант осуществления, в котором газ 9 из верхней части колонны, отведенный из первичного реактора 1, направляется, через регулирующий клапан 19, в куб отпарной колонны (колонны) 4 для пассивирования отпарной колонны. Газ 9 верхней части колонны обычно содержит некоторое количество кислорода и поэтому эффективен в качестве пассивирующего агента для защиты от коррозии.

Газ 15 верха колонны, отведенный из верхней части вторичного реактора 2, может быть направлен в регенерационную секцию 13 для конденсации.

Некоторые варианты осуществления изобретения могут не содержать конденсатора 3, т.е.. газ 12 верхней части колонны направляется непосредственно во вторичный реактор 2 без его частичной конденсации. Этот вариант осуществления без частичной конденсации в конденсаторе 3 может быть применим, в частности, когда имеется большое количество рециркулируемого раствора 17, что обычно имеет место в случае объединенной установки получения мочевины и меламина. В этом случае, вторичный реактор 2 является относительно "холодным" реактором и, следовательно, не потребуется отбирать тепло от паров 12 в конденсаторе 3. Таким образом, можно рассматривать варианты осуществления без конденсатора 3.

В изобретении решаются упомянутые выше задачи. В частности, разделение рециркулируемого раствора 17 между первичным реактором 1 и вторичным реактором 2, в комбинации с разделением СО₂ сырья 7, обеспечивает большую свободу для регулирования температуры реакторов. Например, увеличением доли 17а, направляемой в первичный реактор 1, увеличивается тепловая нагрузка отпарной колонны 4 и также увеличивается количество тепла, которое может быть регенерировано конденсатором 3.

Преимуществом изобретения также является повышенная эффективность конверсии по сравнению с известными вариантами установок получения мочевины с параллельным включением двух реакторов, в которых первичным реактором является реактор с однопроходным процессом. Благодаря введению стадии отпарки отходящего потока первичного реактора, в изобретении уменьшено количество тепла, подводимого в регенерационную секцию, и увеличивается эффективность, поскольку часть непрореагировавших реагентов, содержащихся в отходящем потоке 10, регенерируется при высоком давлении в отпарной колонне 4.

На фиг. 2 показан вариант осуществления с присоединенной установкой 30 (МЕЛ) получения меламина, в которой раствор 16 мочевины используется для вырабатывания меламина 31. Для этого, раствор 16 мочевины подвергается необходимому сгущению (например, в испарительной секции) и конвертируется в меламин в соответствии с известным процессом синтеза меламина, предпочтительно, некаталитическим процессом синтеза при высоком давлении.

Установка 30 синтеза меламина выделяет отходящий газ 32 процесса получения меламина, который преимущественно состоит из аммиака и диоксида углерода и рециркулируется в установку синтеза мочевины. В примере на фиг. 2, отходящий газ 32 конденсируется, по меньшей мере частично, в регенерационной секции 13, поэтому реагенты рециркулируют в реакторы 1 и 2 получения мочевины через раствор 17 карбамата. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, когда отходящий газ 32 отводится при среднем давлении, которое не допускает их прямое введение в секцию высокого давления синтеза мочевины. Объединение процесса получения мочевины и процесса получения меламина согласно схеме на фиг. 2 может быть осуществлено в соответствии с ЕР 1716111.

На фиг. 2 иллюстрируется вариант осуществления без конденсатора 3 карбамата. Соответственно, отводимые через верх колонны пары 12 направляются непосредственно во вторичный реактор 2. Однако в версии этого варианта осуществления, конденсатор 3 может быть сохранен.

На фиг. 3 иллюстрируется вариант осуществления, в котором отходящий газ 32 установки 30 получения меламина отводится при высоком давлении. Преимуществом этого варианта осуществления является возможность подачи отходящего газа 32 установки получения меламина непосредственно в конденсатор 3 карбамата высокого давления. Опционально, отходящий газ 32 меламина может быть смешан с парами 12 отпарной колонны перед введением в конденсатор 3, как это показано на схеме.

Пример

Первичный реактор работает при N/C=0,37 и Н/С=0,45, давлении 230 бар и температуре 195°С, и принимает 80% свежего СО₂ сырья 7 и 75% рециркулируемого раствора 17.

Оставшиеся 20% СО₂ и 25% рециркулируемого раствора направляются во вторичный реактор 2, работающий при N/C=3,4 и Н/С=0,55, давлении 145 бар.

В первичном реакторе 1 вырабатывается 75% общего количества мочевины, подаваемой в регенерационную секцию 13 (т.е. мочевины, содержащейся в потоках 11 и 21), и коэффициент конверсии (относительно СО₂ в жидкой фазе), вычисленный для жидкого отходящего потока 11, выходящего из отпарной колонны 4, достигает 82%.

Оставшиеся 25% мочевины вырабатываются во вторичном реакторе 2 с коэффициентом конверсии 60%. Таким образом, общий коэффициент конверсии составляет примерно 76%. Коэффициент конверсии обычной установки с первичным реактором однопроходного процесса в аналогичных условиях не превышает 70%.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза мочевины из аммиака и диоксида углерода. Предложенный способ включает: синтез мочевины в первой секции синтеза мочевины, включающей по меньшей мере один первый реактор (1) мочевины, работающей при первом давлении синтеза мочевины и вырабатывающей первый отходящий продукт (10) реакции, содержащий мочевину; синтез мочевины во второй секции синтеза мочевины, включающей по меньшей мере один второй реактор (2) мочевины, работающей при втором давлении синтеза мочевины, меньшем, чем первое давление синтеза мочевины, и вырабатывающей второй отходящий продукт (21) реакции, содержащий мочевину; стадию отпарки первого отходящего продукта реакции, осуществляемую в отпарной секции, включающей по меньшей мере одну отпарную колонну (4), работающую при давлении отпарки меньшем, чем первое давление синтеза, с получением жидкого отходящего потока (11) отпарки, содержащего мочевину, и газовой фазы (12), содержащей пары аммиака и диоксид углерода. При этом второй отходящий продукт (21) реакции и жидкий отходящий поток (11) отпарной колонны направляют в регенерационную секцию (13), где вырабатывается рециркулируемый раствор (17), содержащий карбамат, и указанный рециркулируемый раствор (17) направляют частично в первый реактор и частично во второй реактор. Также предложена установка для получения мочевины. Изобретение направлено на достижение большей гибкости и энергетической эффективности по сравнению с известными технологиями, в частности обеспечивает вырабатывание пара в соответствии с потребностями происходящих далее процессов. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

1. Способ синтеза мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающий:

синтез мочевины в первой секции синтеза мочевины, включающей по меньшей мере один первый реактор (1) мочевины, работающей при первом давлении синтеза мочевины и вырабатывающей первый отходящий продукт (10) реакции, содержащий мочевину;

синтез мочевины во второй секции синтеза мочевины, включающей по меньшей мере один второй реактор (2) мочевины, работающей при втором давлении синтеза мочевины, меньшем, чем первое давление синтеза мочевины, и вырабатывающей второй отходящий продукт (21) реакции, содержащий мочевину;

стадию отпарки первого отходящего продукта реакции, осуществляемую в отпарной секции, включающей по меньшей мере одну отпарную колонну (4), работающую при давлении отпарки, меньшем, чем первое давление синтеза, с получением жидкого отходящего потока (11) отпарки, содержащего мочевину, и газовой фазы (12), содержащей пары аммиака и диоксид углерода;

причем второй отходящий продукт (21) реакции и жидкий отходящий поток (11) отпарной колонны направляют в регенерационную секцию (13), где вырабатывается рециркулируемый раствор (17), содержащий карбамат, и указанный рециркулируемый раствор (17) направляют частично в первый реактор и частично во второй реактор.

2. Способ по п. 1, в котором направляют газовую фазу (12), отведенную из отпарной секции, в по меньшей мере один конденсатор (3) карбамата, и направляют отходящий поток (22) конденсата из конденсатора во второй реактор (2).

3. Способ по п. 2, в котором газовая фаза из отпарной секции конденсируется только частично, в результате чего отходящим потоком (22) конденсата является двухфазный поток, все еще содержащий аммиак и/или диоксид углерода в газообразном состоянии.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором первое количество (23а) свежего аммиачного сырья (5), возможно, смешанного с рециркулируемым аммиаком (6), подают в по меньшей мере один первый реактор (1), а второе количество (23b) этого аммиачного сырья подают в по меньшей мере один второй реактор.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором первое количество (7а) свежего СО₂ сырья (7) подают в по меньшей мере один первый реактор, а второе количество (7b) этого СО₂ сырья направляют в по меньшей мере один второй реактор.

6. Способ по п. 5, в котором большую часть свежего СО₂ сырья, предпочтительно 80% или более, направляют в по меньшей мере один первый реактор.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором большую часть рециркулируемого раствора, предпочтительно 75% или более, направляют в по меньшей мере один первый реактор.

8. Способ по пп. 6 и 7, в котором по меньшей мере 80% СО₂ сырья и по меньшей мере 75% рециркулируемого раствора направляют в по меньшей мере один первый реактор.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором большую часть мочевины, в совокупности содержащейся во втором отходящем продукте реакции и в жидком отходящем потоке отпарной колонны, синтезируют в первой секции синтеза мочевины.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газовая фаза (12), отведенная от отпарной секции, имеет молярное отношение азота к углероду, равное 4 или более.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором стадией отпарки является термическая отпарка, осуществляемая без добавления газовой отпаривающей среды.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один первый реактор работает при давлении 200 бар или более, предпочтительно от 200 до 300 бар, и более предпочтительно от 220 до 240 бар.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один второй реактор работает при давлении от 120 до 180 бар, предпочтительно от 140 до 160 бар.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один первый реактор работает с отношением азота к углероду, составляющим от 3,5 до 4.

15. Способ по п. 14, в котором по меньшей мере один первый реактор работает с отношением водорода к углероду, составляющим от 0,3 до 0,7, а по меньшей мере один второй реактор работает с отношением азота к углероду, составляющим от 3,3 до 3,8, и отношением водорода к углероду, составляющим от 0,5 до 1,0.

16. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере часть вырабатываемой мочевины используют для синтеза меламина.

17. Установка, содержащая:

первую секцию синтеза мочевины, включающую по меньшей мере один первый реактор (1) мочевины, работающий при первом давлении синтеза, и где мочевина синтезируется из аммиака и диоксида углерода, с выдачей первого отходящего продукта реакции, содержащего мочевину;

вторую секцию синтеза мочевины, включающую по меньшей мере один второй реактор (2) мочевины, работающий при втором давлении синтеза, меньшем, чем первое давление синтеза, где мочевина синтезируется из аммиака и диоксида углерода, с выдачей второго отходящего продукта реакции, содержащего мочевину;

отпарную колонну (4), соединенную с по меньшей мере одним первым реактором для приема первого отходящего продукта реакции, работающую при давлении отпарки, меньшем, чем первое давление синтеза, и выдающую жидкий отходящий поток, содержащий мочевину, и газовую фазу, содержащую аммиак и диоксид углерода;

регенерационную секцию (13);

средства для подведения второго отходящего продукта реакции и жидкости из отпарной колонны к регенерационной секции, и средства для подведения содержащего карбамат рециркулируемого раствора (17), вырабатываемого в регенерационной секции, частично к первому реактору и частично ко второму реактору.

18. Установка по п. 17, включающая: по меньшей мере один конденсатор (3) высокого давления, средства для передачи газовой фазы от отпарной колонны к конденсатору и средства для передачи отходящего потока конденсата от конденсатора ко второму реактору.

19. Установка по п. 17 или 18, являющаяся объединенной установкой получения мочевины и меламина, включающая секцию мочевины и присоединенную секцию меламина, причем часть мочевины или вся мочевина, синтезированная в секции мочевины, используется в секции меламина для вырабатывания меламина.