СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДА Российский патент 2024 года по МПК C07C273/04 

Область техники

Изобретение относится к способам и устройствам для получения карбамида из аммиака и диоксида углерода.

Предшествующий уровень техники

Известны способы получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температурах и давлениях с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода, разложением карбамата аммония в растворе синтеза карбамида при подводе тепла на нескольких ступенях давления с образованием водного раствора карбамида и газов дистилляции, конденсацией-абсорбцией газов дистилляции с использованием водных абсорбентов и образованием водного раствора углеаммонийных солей (УАС), рециркулируемого в зону синтеза раствора карбамида, выпариванием водного раствора карбамида и получением твердого карбамида (В.И. Кучерявый, В.В. Лебедев. Синтез и применение карбамида, Л.: Химия, 1970, с.187-208).

Известны установки для получения карбамида, включающие реактор синтеза карбамида, аппараты для дистилляции на нескольких ступенях давления раствора синтеза карбамида, аппараты для выпаривания водного раствора карбамида, полученного на последней ступени дистилляции, аппараты для конденсации-абсорбции газов дистилляции, средства для подачи аммиака и диоксида углерода в реактор синтеза карбамида, плава карбамида из реактора синтеза в аппараты для дистилляции, водного раствора карбамида из аппарата для дистилляции последней ступени в аппараты для выпаривания, газов дистилляции из аппаратов для дистилляции в аппараты для конденсации-абсорбции, водного раствора УАС из аппарата для дистилляции более низкого давления в аппарат для дистилляции более высокого давления и из аппарата для дистилляции более высокого давления в реактор синтеза (В.И. Кучерявый, В.В. Лебедев. Синтез и применение карбамида, Л.: Химия, 1970, с.191-199).

Известен способ получения карбамида, включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температуре и давлении с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода в водном растворе, последующую подачу раствора синтеза карбамида на стадии разложения карбамата аммония, отделения аммиака и диоксида углерода, включая дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла высокого давления при 13,0-20,0 МПа в токе диоксида углерода, дистилляцию раствора синтеза карбамида среднего давления при 1,5-2,0 МПа и дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла низкого давления при 0,2-0,5 МПа с образованием водного раствора карбамида и газов дистилляции, конденсацию-абсорбцию при охлаждении газов дистилляции с использованием водных абсорбентов и образованием водных растворов УАС, рециркуляцию водного раствора УАС со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления и со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону синтеза, выпаривание водного раствора карбамида в несколько ступеней, при этом на стадию дистилляции раствора синтеза карбамида при подводе тепла высокого давления в токе диоксида углерода направляют свежий диоксид углерода в количестве 90 % процентов от общего его количества, вводимого в процесс, а остальное количество свежего диоксида углерода направляют в зону синтеза c одновременной подачей выводимых со стадии дистилляции раствора синтеза карбамида при подводе тепла высокого давления газов дистилляции в зону синтеза в количестве 5-20 % и на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в количестве 80-95% (ЕА035936, C07C 273/04, 2013).

Известна установка для получения карбамида, включающая реактор синтеза карбамида, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида высокого давления, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида среднего давления, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида низкого давления, устройство для выпаривания водного раствора карбамида, полученного в устройстве для дистилляции низкого давления, устройства для конденсации-абсорбции при охлаждении газов дистилляции высокого, среднего и низкого давления, средства для подачи аммиака и диоксида углерода в реактор синтеза карбамида, раствора синтеза карбамида из реактора синтеза в устройство для дистилляции высокого давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для дистилляции среднего давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции среднего давления в устройство для дистилляции низкого давления, водного раствора карбамида из устройства для дистилляции низкого давления в устройство для выпаривания, газов дистилляции из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в количестве 80-95 % от общего количества, полученного в устройстве для дистилляции высокого давления и в реактор синтеза карбамида в количестве 5-20 % от общего количества, полученного в устройстве для дистилляции высокого давления, газов дистилляции из устройства для дистилляции среднего давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, газов дистилляции из устройства для дистилляции низкого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, водного раствора УАС из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, водного раствора УАС из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в реактор синтеза, при этом установка содержит средства для подачи в пленочный теплообменник свежего диоксида углерода в количестве 90% процентов от общего количества, вводимого в процесс (ЕА035936, C07C 273/04, 2013).

В данном способе получения карбамида, реализуемом на данной установке, осуществляют подачу исходного диоксида в зону дистилляции раствора синтеза карбамида при подводе тепла на ступени высокого давления, которая проводится в пленочном теплообменнике, представляющем собой стриппер, в количестве 90% от общего его количества вводимого в процесс и в реактор синтеза карбамида в количестве 10% от его общего количества c одновременной подачей выводимых из стриппера газов дистилляции в реактор синтеза в количестве 5-20 % и на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, которая проводится в конденсаторе карбамата, в количестве 80-95 %. Такое совместное введение в реактор синтеза потоков диоксида углерода и газов дистилляции осуществляют с целью регулирования температуры в данном реакторе синтеза.

К недостаткам данного способа следует отнести подачу части газов дистилляции из стриппера в реактор синтеза, что уменьшает количество тепла, которое можно было бы утилизировать в конденсаторе карбамата, а также увеличивает количество подаваемой в ректор синтеза газовой фазы в форме аммиака, что приводит к снижению эффективного объема в нижней части реактора, т.к. эта часть объема используется для конденсации и растворения аммиака, содержащегося в газах дистилляции. В результате уменьшается степень конверсии и требуется увеличение объема реактора синтеза.

Известен способ получения карбамида, включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температуре и давлении с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода в водном растворе, последующую подачу раствора синтеза карбамида на стадии разложения карбамата аммония, отделения аммиака и диоксида углерода, включая дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла высокого давления при 13,0-25,0 МПа в токе диоксида углерода, дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла более низкого давления с образованием водного раствора карбамида и газов дистилляции, конденсацию-абсорбцию при охлаждении газов дистилляции с использованием водных абсорбентов и образованием водных растворов УАС, рециркуляцию водного раствора УАС со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции более низкого давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону синтеза, выпаривание водного раствора карбамида, при этом на стадию дистилляции раствора синтеза карбамида при подводе тепла высокого давления в токе диоксида углерода направляют свежий диоксид углерода в количестве 80 % процентов от общего его количества, вводимого в процесс, а остальное количество свежего диоксида углерода направляют в зону синтеза, производят в непрерывном режиме измерение плотности водного раствора УАС, подаваемого со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону синтеза (US7498464, C07C 273/04, 2009).

Известна установка для получения карбамида, включающая реактор синтеза карбамида, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида высокого давления, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида более низкого давления, устройство для выпаривания водного раствора карбамида, полученного при дистилляции более низкого давления, устройства для конденсации-абсорбции при охлаждении газов дистилляции высокого и более низкого давления, средства для подачи аммиака и диоксида углерода в реактор синтеза карбамида, раствора синтеза карбамида из реактора синтеза в устройство для дистилляции высокого давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для дистилляции более низкого давления, водного раствора карбамида из устройства для дистилляции более низкого давления в устройство для выпаривания водного раствора карбамида, газов дистилляции из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из устройства для дистилляции более низкого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции более низкого давления, водного раствора УАС из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции более низкого давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления,

и из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в реактор синтеза, отличающаяся тем, что установка содержит средства для подачи в пленочный теплообменник свежего диоксида углерода в количестве 80 % процентов от общего количества, вводимого в процесс, а средства для подачи водного раствора УАС из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в реактор синтеза оснащены устройством для измерения в непрерывном режиме плотности водного раствора УАС (US7498464, C07C 273/04, 2009).

В данном способе получения карбамида, реализуемом на данной установке, осуществляют подачу исходного диоксида в зону дистилляции раствора синтеза карбамида при подводе тепла на ступени высокого давления, которая проводится в пленочном теплообменнике, представляющем собой стриппер, в количестве 80 % от общего его количества, вводимого в процесс и в реактор синтеза карбамида в количестве 20 % от его общего количества, при этом осуществляют в режиме реального времени мониторинг плотности водного раствора УАС, направляемого из конденсатора карбамата в реактор синтеза, и в зависимости от полученных значений регулируют количество подачи исходного аммиака или диоксида углерода в реактор синтеза для поддержания необходимой температуры.

К недостаткам данного способа следует отнести тот факт, что измерение плотности жидкой фазы, выходящей из конденсатора карбамата, не позволяет определить точное значение состава данного потока из-за его сложного многокомпонентного состава. В условиях многокомпонентного потока одному значению плотности могут соответствовать разные составы потоков, поэтому изменение расхода диоксида углерода на основе полученных данных значений может приводить к негативному изменению режима работы узла синтеза, т.к. является недостоверным. Что, в конечном результате, создает существенные трудности в управлении процессом и приводит к снижению общей эффективности работы установки.

Известен способ получения карбамида, включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температуре и давлении с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода в водном растворе, последующую подачу раствора синтеза карбамида на стадии разложения карбамата аммония, отделения аммиака и диоксида углерода, включая дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла высокого давления при 12,5-22,0 МПа в токе диоксида углерода, дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла среднего давления при 0,5-4,0 МПа, сепарацию раствора синтеза карбамида среднего давления при 0,5-4,0 МПа и сепарацию раствора синтеза карбамида низкого давления при 0,1-1,0 МПа с образованием водного раствора карбамида и газов дистилляции, конденсацию-абсорбцию при охлаждении газов дистилляции с использованием водных абсорбентов и образованием водных растворов УАС, рециркуляцию водного раствора УАС со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону синтеза, выпаривание водного раствора карбамида в несколько ступеней (SU1450735, C07C 126/02, 1984).

Известна установка для получения карбамида, включающая реактор синтеза карбамида, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида, полученного в реакторе синтеза, высокого давления, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида среднего давления, сепаратор раствора синтеза карбамида среднего давления, сепаратор раствора синтеза карбамида низкого давления, теплообменник-рекуператор для предварительного выпаривания водного раствора карбамида, полученного при сепарации низкого давления, устройство для последующего выпаривания водного раствора карбамида, устройства для конденсации-абсорбции при охлаждении газов дистилляции высокого и низкого давления, средства для подачи аммиака в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, диоксида углерода в устройство для дистилляции высокого давления, раствора синтеза карбамида из реактора синтеза в устройство для дистилляции высокого давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для дистилляции раствора синтеза карбамида среднего давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции среднего давления в сепаратор среднего давления, раствора синтеза карбамида из сепаратора среднего давления в сепаратор низкого давления, водного раствора карбамида из устройства для дистилляции низкого давления в теплообменник-рекуператор и из теплообменника-рекуператора в устройство для последующего выпаривания, газов дистилляции из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из сепаратора среднего давления в теплообменник-рекуператор для предварительного выпаривания водного раствора карбамида и из теплообменника-рекуператора в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из устройства для сепарации низкого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, водного раствора УАС из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, в реактор синтеза (SU1450735, C07C 126/02, 1984).

В данном способе получения карбамида, реализуемом на данной установке, дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла среднего давления осуществляют путем нагрева раствора карбамида до 125-180 °С с одновременным разложением карбамата аммония, с последующим отделением аммиака и диоксида углерода путем адиабатической сепарации при среднем давлении и далее раствор карбамида подают на стадию сепарации при низком давлении. Выделенные после адиабатической сепарации газы дистилляции среднего давления с целью снижения расхода пара подаются на стадию предварительного выпаривания раствора карбамида.

К недостаткам данного способа следует отнести тот факт, что при дистилляции на стадии среднего давления в виде газовой фазы, согласно примерам, отгоняется порядка 20% от общего потока раствора карбамида, что требует значительного объема оборудования и большого количества подводимого тепла на стадии дистилляции, расходуемого на подогрев и отгон компонентов.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности является известный способ получения карбамида, включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температуре и давлении с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода в водном растворе, последующую подачу раствора синтеза карбамида на стадии разложения карбамата аммония, отделения аммиака и диоксида углерода, включая дистилляцию при подводе тепла высокого давления при 12,0-18,0 МПа в токе диоксида углерода, адиабатическую сепарацию среднего давления при 2,5 МПа, дистилляцию при подводе тепла низкого давления при 0,1-1,0 МПа с образованием водного раствора карбамида и газов дистилляции, конденсацию-абсорбцию при охлаждении газов дистилляции с использованием водных абсорбентов и образованием водных растворов УАС, рециркуляцию водного раствора УАС со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону синтеза, выпаривание водного раствора карбамида в несколько ступеней (EA024085, C07C 273/04, 2016).

Наиболее близкой к предложенной является известная установка для получения карбамида, включающая реактор синтеза карбамида, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида высокого давления, сепаратор раствора синтеза карбамида среднего давления, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида низкого давления, теплообменник-рекуператор для предварительного выпаривания водного раствора карбамида, полученного при дистилляции низкого давления, устройство для последующего выпаривания водного раствора карбамида, устройства для конденсации-абсорбции при охлаждении газов дистилляции высокого и низкого давления, средства для подачи аммиака в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, диоксида углерода в устройство для дистилляции высокого давления, раствора синтеза карбамида из реактора синтеза в устройство для дистилляции высокого давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции высокого давления в сепаратор среднего давления, раствора синтеза карбамида из сепаратора среднего давления в устройство для дистилляции низкого давления, водного раствора карбамида из устройства для дистилляции низкого давления в теплообменник-рекуператор и из теплообменника-рекуператора в устройство для последующего выпаривания, газов дистилляции из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из сепаратора среднего давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, газов дистилляции из устройства для дистилляции низкого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, водного раствора УАС из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в реактор синтеза (EA024085, C07C 273/04, 2016),

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность регулирования количества отгоняемых компонентов на стадии адиабатической сепарации. Это исключает возможность корректировки нагрузки на узел дистилляции при подводе тепла низкого давления при 0,1-1,0 МПа, а также количества газов, направляемых в первую ступень выпаривания водного раствора карбамида.

Также к недостаткам данного способа следует отнести механизм контроля температурного режима реактора синтеза. Он осуществляется за счет изменения давления пара, вырабатываемого в зоне конденсации-абсорбции высокого давления, что приводит к изменению количества несконденсированной газовой фазы в водном растворе УАС, подаваемом из зоны конденсации-абсорбции высокого давления в реактор синтеза, что, в результате, оказывает влияние на тепловой режим реактора синтеза. В данном случае изменение давления вырабатываемого пара может приводить к дестабилизации работы других узлов установки, где пар используется в качестве греющего агента или движущей силы.

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании известных способа и установки для получения карбамида и повышении их энергоэффективности и экономичности.

Далее по тексту:

Жидкая фаза – это вещество в жидком состоянии. В способе получения карбамида жидкая фаза, например, представляет собой раствор карбамида или раствор карбамата.

Раствор карбамида – жидкая смесь, содержащая карбамид, которая обычно также содержит аммиак, карбамат аммония и воду.

Раствор карбамата – жидкая смесь, содержащая карбамат аммония, которая обычно также содержит аммиак и воду.

Газовая фаза – это вещество в газообразном состоянии. В способе получения карбамида газовая фаза обычно содержит аммиак, диоксид углерода и воду.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в

- повышении эффективности процесса получения карбамида,

- увеличении степени конверсии диоксида углерода и, как следствие, снижении расхода пара высокого давления за счет подачи лишь малого количества инертных газов, содержащихся в потоке, содержащем диоксид углерода, в реактор синтеза – 10-30% от общего количества,

- максимизации расхода вырабатываемого пара низкого давления за счет подачи большей части потока, содержащего диоксид углерода, в зону конденсации высокого давления,

- оптимизации газовой и тепловой нагрузки на пленочные теплообменники устройств для дистилляции на ступенях высокого и низкого давления за счет возможности регулировать распределение потока, содержащего диоксид углерода, и тепловую нагрузку на подогреватели.

Для достижения вышеуказанного результата предложен способ получения карбамида на установке для получения карбамида, которая включает реактор, стриппер, содержащий трубное пространство и межтрубное пространство, подогреватель и линию для подачи потока, содержащего диоксид углерода, выполненную с возможностью разделения указанного потока на основную часть потока, содержащего диоксид углерода, и дополнительную часть потока, содержащего диоксид углерода,

при этом способ включает следующие стадии:

a) подача в реактор потока, содержащего аммиак, и дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, с образованием реакционной смеси (раствора карбамида) и газовой фазы,

отвод реакционной смеси (раствора карбамида) и газовой фазы из реактора;

b) подача в трубное пространство стриппера реакционной смеси (раствора карбамида), отводимой из реактора, и основной части потока, содержащего диоксид углерода, с получением жидкой фазы (раствора карбамида) и газовой фазы,

подача пара в межтрубное пространство стриппера, и отвод образующегося в межтрубной части стриппера конденсата,

отвод жидкой фазы (раствора карбамида) и газовой фазы из трубного пространства стриппера;

c) подача жидкой фазы (раствора карбамида) со стадии b) в подогреватель для отделения газовой фазы от жидкой фазы (раствора карбамида) и отвод из подогревателя жидкой фазы (раствора карбамида) и газовой фазы;

при этом отношение объемного расхода основной части потока, содержащего диоксид углерода, к объемному расходу дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, регулируют в пределах от 70:30 до 90:10,

а образующийся на стадии b) конденсат используют в подогревателе в качестве источника тепла на стадии c).

В предложенном способе поток свежего диоксида углерода подается частично в реактор синтеза карбамида в количестве 10-30 % от общего количества, вводимого в процесс, и частично в зону дистилляции раствора синтеза карбамида при подводе тепла на ступени высокого давления, которая проводится в пленочном теплообменнике, представляющем собой стриппер, в количестве 70-90 %. Такое количественное распределение потока исходного диоксида углерода позволяет одновременно обеспечить необходимый тепловой баланс реактора синтеза, высокие степени отгонки аммиака и диоксида углерода из раствора карбамида в стриппере и достаточную степень конденсации газов в конденсаторе карбамата высокого давления, размещенном в зоне конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, с получением максимального количества пара низкого давления.

Отгонка непрореагировавших компонентов из раствора карбамида (отвод газовой фазы), позволяет снизить газовую и тепловую нагрузку на следующие стадии способа получения карбамида, в частности на дистиллятор низкого давления.

В качестве реактора, стриппера, подогревателя и остальных устройств могут использоваться любые известные из уровня техники соответствующие устройства, а также могут использоваться любые известные из уровня техники режимы получения карбамида, при этом наилучшие режимы, которые позволят максимально эффективно использовать преимущества настоящего изобретения, раскрыты далее.

На стадии среднего давления (стадия c)) подогрев раствора карбамида в подогревателе перед сепарацией позволяет одновременно регулировать состав раствора карбамида перед узлом дистилляции низкого давления и количество газовой фазы, направляемой для рекуперации на стадию предварительного выпаривания раствора карбамида, проводимую в теплообменнике-рекуператоре, а также позволяет регулировать работу теплообменника-рекуператора за счет количества подаваемой газовой фазы.

В подогревателе среднего давления отгоняется порядка 7 % от общего потока раствора карбамида. Это позволяет использовать для подогрева раствора карбамида кожухотрубчатый теплообменный аппарат затопленного типа относительно небольшого объема, в котором осуществляют утилизацию тепла парового конденсата, образующегося в стриппере, расположенном в зоне дистилляции при подводе тепла высокого давления.

Применение такого аппарата, позволяет сократить в три раза количество тепла, расходуемого на отгон компонентов по сравнению с аналогами, при этом не требуется подача дополнительных энергоресурсов со стороны. Недостающее количество газовой фазы для эффективной работы теплообменника-рекуператора может быть получено на других стадиях процесса, например в зоне сепарации водного раствора УАС на стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции ступени высокого давления.

Использование парового конденсата, образующегося в стриппере, позволяет снизить расход пара высокого давления.

Совместное регулирование частичной подачи свежего диоксида углерода в стриппер и подогрева раствора карбамида перед сепарацией при среднем давлении позволяет тонко настраивать совместный режим работы стриппера и дистиллятора низкого давления для достижения наименьшего потребления пара в этих аппаратах, что ведет к снижению на 2-3 % расхода пара установки, получаемого из сторонних источников.

Снижение расхода пара достигается, в том числе, за счет уменьшения возврата воды раствором карбамата в реактор синтеза, что позволяет увеличить степень конверсии.

В рамках изобретения могут быть реализованы различные его модификации, являющиеся частными случаями его выполнения.

В предпочтительном варианте на стадии a) в реакторе поддерживают давление 14,0-16,0 МПа и температуру 170-190 °C.

В предпочтительном варианте на стадии b) в стриппере поддерживают давление 14,0-16,0 МПа и температуру 170-190 °C, предпочтительно 180-190 °C.

В предпочтительном варианте на стадии c) в подогревателе поддерживают давление 2,3-2,7 МПа и температуру 130-150 °C, предпочтительно 140-150 °C.

В заявленном способе могут использоваться любые известные из уровня техники условия и параметры работы технологической схемы получения карбамида, однако вышеуказанные условия и параметры позволяют максимально эффективно использовать преимущества настоящего изобретения.

В предпочтительном варианте способ дополнительно включает следующие стадии:

d) подачу полученной на стадии c) жидкой фазы (раствора карбамида) в дистиллятор и отвод из дистиллятора жидкой фазы (раствора карбамида) и газовой фазы;

e) конденсация и сепарация газовой фазы со стадии d) для получения из нее жидкой фазы (раствора карбамата),

f) жидкую фазу (раствор карбамата) со стадии e) смешивают с газовой фазой со стадии c) и с газовой фазой со стадии h) с получением объединенного потока, который используют в качестве источника тепла в теплообменнике для нагрева жидкой фазы (раствора карбамида), поступающей из дистиллятора,

указанный объединенный поток после выхода из теплообменника разделяют на жидкую фазу (раствор карбамата) и газовую фазу, при этом жидкую фазу (раствор карбамата) подают на стадию g),

g) жидкую фазу (раствор карбамата) со стадии f) смешивают с газовой фазой со стадии a) и с газовой фазой со стадии b) с получением смешанного потока и направляют в трубное пространство конденсатора, в котором при давлении 14-16 МПа и температуре 155-165°С происходит образование газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы),

при этом образующийся в межтрубном пространстве конденсатора пар используют в качестве источника тепла на стадии d),

h) полученную на стадии g) газожидкостную смесь (раствор карбамата и газовую фазу) направляют в сепаратор для разделения ее на газовую фазу и жидкую фазу (раствор карбамата), и затем смешивают полученную жидкую фазу с подаваемым на стадию a) потоком, содержащим аммиак.

Вышеуказанный частный вариант осуществления изобретения позволяет дополнительно увеличить степень конверсии диоксида углерода и, как следствие, снизить расход пара высокого давления (за счет обеспечения малого рецикла воды в растворе карбамата, возвращаемом в узел синтеза), увеличить расход вырабатываемого пара низкого давления (за счет максимальной конденсации газовой фазы в конденсаторе с учетом подачи в стриппер большей части потока, содержащего диоксид углерода), оптимизировать газовую и тепловую нагрузку на пленочные теплообменники устройств для дистилляции на ступенях высокого и низкого давления.

В предпочтительном варианте стадию d) осуществляют в дистилляторе при давлении 0,2-0,4 МПа и температуре 130-140 °С.

Вышеуказанный частный вариант осуществления изобретения позволяет дополнительно оптимизировать тепловой баланс технологической схемы, обеспечить рецикл непрореагировавших компонентов (аммиака и диоксида углерода) в реактор.

Также для достижения вышеуказанного результата предложена установка для получения карбамида, включающая:

линию для подачи потока, содержащего диоксид углерода, выполненную с возможностью разделения указанного потока на основную часть потока, содержащего диоксид углерода, и дополнительную часть потока, содержащего диоксид углерода,

реактор, выполненный с возможностью подачи в него потока, содержащего аммиак, и дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, и отвода реакционной смеси (раствора карбамида) и газовой фазы;

стриппер, содержащий трубное пространство и межтрубное пространство, при этом трубное пространство выполнено с возможностью подачи в него реакционной смеси (раствора карбамида), отводимой из реактора, и основной части потока, содержащего диоксид углерода, а также отвода жидкой фазы (раствора карбамида) и газовой фазы, а межтрубное пространство стриппера выполнено с возможностью подачи в него пара;

подогреватель, выполненный с возможностью подачи в него жидкой фазы (раствора карбамида) из стриппера и отвода жидкой фазы (раствора карбамида) и газовой фазы;

при этом линия для подачи диоксида углерода выполнена таким образом, что отношение объемного расхода основной части потока, содержащего диоксид углерода, к объемному расходу дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, можно регулировать в пределах от 70:30 до 90:10,

а стриппер соединен со средством для подачи образующегося в межтрубной части стриппера конденсата в подогреватель в качестве источника тепла.

В предпочтительном варианте установка включает:

дистиллятор, выполненный с возможностью подачи в него жидкой фазы (раствора карбамида) из подогревателя и отвода газовой фазы и жидкой фазы(раствора карбамида);

средства для конденсации и сепарации газовой фазы, поступающей из дистиллятора, для получения из нее жидкой фазы (раствора карбамата);

средства для получения объединенного потока из жидкой фазы (раствора карбамата), поступающей из средств для конденсации и сепарации газовой фазы, и газовой фазы, поступающей из подогревателя;

теплообменник, выполненный с возможностью подачи в него жидкой фазы (раствора карбамида), поступающей из дистиллятора, и отвода газовой фазы и жидкой фазы (раствора карбамида), при этом теплообменник выполнен с возможностью получения тепла от объединенного потока;

сепаратор, выполненный с возможностью разделения объединенного потока на газовую фазу и жидкую фазу (раствор карбамата) и отвода газовой фазы и жидкой фазы (раствор карбамата);

средство для получения смешанного потока из жидкой фазы (раствора карбамата), поступающей из сепаратора, газовой фазы, поступающей из реактора, и газовой фазы, поступающей из стриппера;

конденсатор, выполненный с возможностью получения газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы) из указанного смешанного потока, а также с возможностью выработки пара, который может быть использован в качестве источника тепла в дистилляторе;

дополнительный сепаратор, выполненный с возможностью разделения газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы) на газовую фазу и жидкую фазу (раствор карбамата) и отвода газовой фазы и жидкой фазы (раствора карбамата), причем газовая фаза из дополнительного сепаратора может поступать в средства для получения объединенного потока;

средство для смешивания жидкой фазы (раствора карбамата), поступающей из дополнительного сепаратора, с поступающим в реактор потоком, содержащим аммиак.

Вышеуказанный частный вариант осуществления изобретения позволяет дополнительно увеличить степень конверсии диоксида углерода и, как следствие, снизить расход пара высокого давления (за счет обеспечения малого рецикла воды в растворе карбамата, возвращаемом в узел синтеза), увеличить расход вырабатываемого пара низкого давления (за счет максимальной конденсации газовой фазы в конденсаторе с учетом подачи в стриппер большей части диоксида углерода), оптимизировать газовую и тепловую нагрузку на пленочные теплообменники устройств для дистилляции на ступенях высокого и низкого давления.

В предпочтительном варианте стриппер представляет собой вертикальный пленочный теплообменник;

подогреватель представляет собой кожухотрубчатый теплообменный аппарат затопленного типа;

средства для конденсации и сепарации газовой фазы включают в себя конденсатор, сепаратор и опционально абсорбер.

В качестве стриппера, подогревателя и средств для конденсации и сепарации газовой фазы могут использоваться любые известные из уровня техники средства, при этом указанные выше частные варианты осуществления изобретения позволят максимально эффективно использовать преимущества настоящего изобретения.

Стриппер представляет собой теплообменный аппарат, который содержит пучок нагреваемых снаружи труб, причем выходящий из реактора поток течет по стороне трубы, образуя на внутренней стенке пленку (стриппер пленочного типа или стриппер с падающей пленкой). Источником тепла для нагрева труб снаружи обычно является пар, но для нагрева может использоваться и любой другой известный из уровня техники источник тепла.

Кожухотрубчатый теплообменник, работающий в затопленном режиме – это теплообменник, в котором хладагент циркулирует в межтрубной полости.

Краткое описание чертежей

Чертежи представлены для лучшего понимания изобретения, однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что раскрытое изобретение не ограничивается вариантами, представленными на них.

На фигуре представлена технологическая схема в соответствии с настоящим изобретением.

Варианты осуществления изобретения. Лучший вариант осуществления изобретения

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами со ссылкой на технологическую схему, изображенную на прилагаемой фигуре, которые являются одними из возможных вариантов реализации, предложенных способа и установки. Приведенные примеры, не ограничивают, а лишь иллюстрируют возможность осуществления изобретения. Специалисту будет очевидно, что возможны и иные варианты осуществления без изменения сущности изобретения.

Пример 1. Установка для получения карбамида включает:

реактор 1 (реактор синтеза карбамида), выполненный с возможностью подачи в него потока 3, содержащего аммиак (поток жидкого аммиака), и отвода реакционной смеси (раствора карбамида) 8 и газовой фазы 9;

стриппер 10, содержащий трубное пространство и межтрубное пространство, при этом трубное пространство выполнено с возможностью подачи в него реакционной смеси (раствора карбамида) 8, отводимой из реактора 1, и основной части потока 11, содержащего диоксид углерода, а также отвода жидкой фазы (раствора карбамида) 13 и газовой фазы 12, а межтрубное пространство стриппера выполнено с возможностью подачи в него пара.

Установка включает линию 7 для подачи диоксида углерода, выполненную с возможностью разделения потока на основную часть потока 11 и дополнительную часть потока 2.

Реактор 1 выполнен с возможностью подачи в него дополнительной части потока 2, содержащего диоксид углерода, а линия 7 для подачи диоксида углерода выполнена таким образом, что отношение объемного расхода основной части потока 11, содержащего диоксид углерода, к объемному расходу дополнительной части потока 2, содержащего диоксид углерода, можно регулировать в пределах от 70:30 до 90:10.

Установка включает подогреватель 14, выполненный с возможностью подачи в него жидкой фазы (раствора карбамида) из стриппера 10 и отвода жидкой фазы (раствора карбамида) 17 и газовой фазы 16.

Стриппер 10 соединен со средством для подачи образующегося в межтрубной части стриппера конденсата 15 в подогреватель 14 в качестве источника тепла.

Также установка включает:

дистиллятор 23 для отделения газовой фазы от жидкой фазы (раствора карбамида) 17, поступающей в дистиллятор из подогревателя 14, выполненный с возможностью отвода газовой фазы 33 и жидкой фазы (раствора карбамида) 24;

средства для конденсации и сепарации газовой фазы 33, поступающей из дистиллятора 23, для получения из нее жидкой фазы (раствора карбамата) 19;

средства для получения объединенного потока из жидкой фазы (раствора карбамата) 19, поступающей из средств для конденсации и сепарации газовой фазы, и газовой фазы 16, поступающей из подогревателя;

теплообменник 22 для отделения газовой фазы от жидкой фазы (раствора карбамида) 24, поступающей из дистиллятора 23, выполненный с возможностью отвода газовой фазы 25 и жидкой фазы (раствора карбамида) 26, при этом теплообменник 22 выполнен с возможностью получения тепла от объединенного потока;

сепаратор 28, выполненный с возможностью разделения объединенного потока на газовую фазу 29 и жидкую фазу (раствор карбамата) 44 и отвода газовой фазы 29 и жидкой фазы (раствора карбамата) 44;

средство 45 (смеситель) для получения смешанного потока 46 из жидкой фазы (раствора карбамата) 44, поступающей из сепаратора 28, газовой фазы 9, поступающей из реактора 1, и газовой фазы 12, поступающей из стриппера 10;

конденсатор 47, выполненный с возможностью получения газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы) 48 из указанного смешанного потока 46, а также с возможностью выработки пара 49, который может быть использован в качестве источника тепла в дистилляторе 23;

дополнительный сепаратор 6, выполненный с возможностью разделения газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы) 48 на газовую фазу 18 и жидкую фазу (раствор карбамата) 5 и отвода газовой фазы 18 и жидкой фазы (раствора карбамата) 5, причем газовая фаза 18 из дополнительного сепаратора может поступать в средство для получения объединенного потока (объединенный поток включает в себя потоки 16, 18, 19);

средство 4 (эжектор) для смешивания жидкой фазы (раствора карбамата) 5, поступающей из дополнительного сепаратора 6, с поступающим в реактор 1 потоком, содержащим аммиак.

Стриппер 10 представляет собой вертикальный пленочный теплообменник;

подогреватель 14 представляет собой кожухотрубчатый теплообменный аппарат затопленного типа;

средства для конденсации и сепарации газовой фазы 33 включают в себя конденсатор 34, сепаратор 20 и опционально абсорбер 30.

Установка работает следующим образом.

Стадия a)

В реактор 1 синтеза карбамида подают поток 2 газообразного диоксида углерода (дополнительная часть потока) и поток 3 жидкого аммиака (поток, содержащий аммиак), который поступает из сети аммиака через эжектор высокого давления 4 (молярное соотношение NH₃:CO₂ в реакторе 1 составляет 3,2-3,5:1) совместно с потоком 5 раствора карбамата (жидкая фаза со стадии h)) из сепаратора высокого давления 6.

В реактор 1 синтеза карбамида потоком 2 подается 15 % исходного потока диоксида углерода, вводимого в процесс потоком 7 по линии для потока, содержащего диоксид углерода.

В реакторе 1 при давлении 14,0-16,0 МПа и температуре 170-190 °C протекает реакция синтеза карбамида с образованием реакционной смеси (раствора карбамида) и газовой фазы. Степень конверсии диоксида углерода в карбамид – 59 %.

Из реактора 1 синтеза карбамида выводится потоком 8 реакционная смесь (раствор карбамида) с температурой 183 °С и потоком 9 газовая фаза.

Стадия b)

Поток 8 реакционной смеси (раствора карбамида) выводится из верхней части реактора 1 и направляется в стриппер 10, представляющий собой вертикальный пленочный теплообменник, где при нагреве паром высокого давления (избыточное давление 1,8-2,5 МПа, температура 210-226 °С) в токе выделяющихся из раствора карбамида газов и в токе потока 11 диоксида углерода, который выполняют функцию стриппингующего агента, при давлении 14,0-16,0 МПа и температуре 180-190 °C происходит разложение большей части карбамата аммония, отгонка избыточного аммиака и небольшой части воды.

Потоком 11 (основная часть потока) в стриппер 10 подается 85 % исходного потока диоксида углерода, вводимого в процесс потоком 7 по линии для подачи потока, содержащего диоксид углерода. Расход пара (П) в межтрубной части стриппера 10 составляет 0,79 т/т готового продукта. Газовая фаза выводится из стриппера 10 потоком 12 из верхней части стриппера 10.

Стадия c)

Поток 13 раствора карбамида (жидкая фаза со стадии b)) с концентрацией 48 % (содержание аммиака 12,5 %, содержание диоксида углерода 13,5 %) и температурой 175-185 °С, выводимый из стриппера 10, дросселируется до давления 2,3-2,7 МПа и вводится в нижнюю часть подогревателя среднего давления 14.

Нижняя часть подогревателя среднего давления 14 представляет собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, работающий в затопленном режиме, в межтрубное пространство которого потоком 15 поступает паровой конденсат из стриппера 10, указанный конденсат используют в подогревателе 14 в качестве источника тепла.

В верхней части подогревателя среднего давления 14 расположена сепарационная зона. В трубной части подогревателя среднего давления 14 раствор карбамида подогревается через стенку труб паровым конденсатом потока 15 и далее попадает в сепарационную зону, откуда потоком 16 выводится отделившаяся газовая фаза (газовая фаза со стадии c)) в виде аммиака, диоксида углерода и воды, и потоком 17 выводится раствор карбамида (жидкая фаза со стадии c)) с концентрацией 59-63 % и температурой 155-165 °С.

Стадия d)

Поток 17 раствора карбамида (жидкая фаза со стадии c)) дросселируется до давления 0,2-0,4 МПа и направляется в верхнюю часть дистиллятора низкого давления 23, где проводится отгонка из раствора карбамида аммиака, диоксида углерода и воды при температуре 130-140 °С. Верхняя часть дистиллятора низкого давления 23 совмещает массообменную тарельчатую и сепарационную зоны. Нижняя часть дистиллятора низкого давления 23 представляет собой вертикальный кожухотрубчатый испаритель пленочного типа.

Поток 24 водного раствора карбамида (жидкая фаза со стадии d)) с концентрацией 60-65 % выводится из дистиллятора низкого давления 23, дросселируется до 0,05 МПа (абс.) и направляется в теплообменник-рекуператор 22.

Газовая фаза (газовая фаза со стадии d)) выводится потоком 33 из верхней части дистиллятора низкого давления 23 и направляется в межтрубное пространство конденсатора низкого давления 34.

Стадия e)

Газовая фаза, которая выводится потоком 33 из верхней части дистиллятора низкого давления 23 (газовая фаза со стадии d)), с температурой 105-120 °С направляется в межтрубное пространство конденсатора низкого давления 34, где происходит абсорбция и конденсация газовой фазы при охлаждении оборотной водой с образованием раствора карбамата.

Также в межтрубное пространство конденсатора низкого давления 34 подается поток 35 конденсата сокового пара из узла выпаривания карбамида (на фигуре не показан), поток 36 раствора карбамата из абсорбера низкого давления 30, поток 37 раствора карбамата из узла очистки сточных вод (на фигуре не показан) и поток 38 разбавленного раствора карбамата из конденсатора аммиака низкого давления 39.

Абсорбер низкого давления 30 представляет собой вертикальный колонный аппарат, оборудованный внутренними устройствами, и работающий под давлением 0,5-1,0 МПа. Поступающие в абсорбер низкого давления 30 потоком 29 аммиак и диоксид углерода абсорбируются потоком 31 конденсата сокового пара, поступающего из узла выпаривания карбамида (на фигуре не показан).

Газообразный аммиак из абсорбера низкого давления 30 направляется потоком 32 в санитарный абсорбер (на фигуре не показан).

Поток 40 газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы), выходящий из конденсатора низкого давления 34, направляется на сепарацию (разделение) в сепаратор 20.

Несконденсированные газы потоком 41 выводятся из сепаратора 20, дросселируются до давления 0,15-0,25 МПа и направляются в конденсатор аммиака низкого давления 39.

Газовая фаза, поступающая в конденсатор аммиака низкого давления 39 потоком 41, конденсируется в межтрубном пространстве за счет подачи оборотной воды в трубное пространство. Также для улучшения условий конденсации в межтрубное пространство конденсатора аммиака низкого давления 39 потоком 42 подается часть конденсата сокового пара из узла выпаривания карбамида (на фигуре не показан).

Полученная в конденсаторе аммиака низкого давления 39 жидкая фаза (раствор карбамата) потоком 38 направляется в конденсатор низкого давления 34, а выходящий поток 43 газовой фазы дросселируется до атмосферного давления и направляется в санитарный абсорбер (на фигуре не показан).

Поток 19 раствора карбамата (жидкая фаза со стадии e)) выводится из сепаратора 20 и с помощью насосов сжимается до 2,3-2,7 МПа.

Стадия f)

Поток 19 раствора карбамата (жидкая фаза со стадии e)) смешивается с потоком 16 газовой фазы среднего давления (газовая фаза со стадии c)) и с потоком 18 газов сепарации (газовая фаза со стадии h)), выходящих из сепаратора высокого давления 6, с получением объединенного потока 21 с температурой 125-140 °С, который направляется в межтрубное пространство теплообменника-рекуператора 22 (теплообменник) для использования его в качестве источника тепла.

Газожидкостная смесь (раствор карбамата и газы дистилляции) (объединенный поток 21) из межтрубного пространства теплообменника-рекуператора 22 потоком 27 поступает в сепаратор среднего давления 28 для разделения на жидкую фазу (раствор карбамата) и газовую фазу, при этом жидкую фазу (раствор карбамата) подают потоком 44 на стадию g), а газовую фазу подают потоком 29 на стадию e).

Газовая фаза, которая потоком 29 выводится из сепаратора среднего давления 28, дросселируется до давления 0,5-1,0 МПа и направляется в абсорбер низкого давления 30.

Поток 24 раствора карбамида (жидкая фаза со стадии d)) с концентрацией 60-65 %, который выводится из дистиллятора низкого давления 23, дросселируется до 0,05 МПа (абс.) и направляется в теплообменник-рекуператор 22, где при указанном вакууме и температуре 95-105 °C происходит окончательная отгонка аммиака и диоксида углерода, а также упаривание раствора карбамида за счет использования тепла конденсации газовой фазы, поступающей в составе объединенного потока 21.

Верхняя часть теплообменника-рекуператора 22 представляет собой сепарационную зону с внутренними устройствами. Нижняя часть теплообменника-рекуператора 22 представляет собой вертикальный кожухотрубчатый испаритель пленочного типа. Газовая фаза из теплообменника-рекуператора 22 потоком 25 (газовая фаза) поступает в узел выпаривания карбамида (на фигуре не показан).

Далее раствор карбамида (жидкая фаза из теплообменника, предназначенного для отделения газовой фазы от жидкой фазы, поступающей из дистиллятора) с концентрацией 70-75 % выводится из теплообменника-рекуператора 22 и потоком 26 направляется на дальнейшее выпаривание в узел выпаривания карбамида и гранулирование известными способами (на фигуре не показаны).

Стадия g)

Выходящий из сепаратора среднего давления 28 поток 44 раствора карбамата (жидкая фаза со стадии f)) с температурой 90-110 °С сжимается насосом до 14-16 МПа и подается в смеситель 45, куда также подают газовый поток 9 из реактора 1 синтеза карбамида (газовая фаза со стадии a)) вместе с газовым потоком 12 из стриппера 10 (газовая фаза со стадии b)).

Из смесителя 45 газожидкостный поток 46 (раствор карбамата и газы дистилляции) (смешанный поток) поступает в трубное пространство конденсатора высокого давления 47, где при температуре 155-165°С происходит конденсация газов с образованием раствора карбамата (газожидкостная смесь со стадии g)), который отводят потоком 48.

В межтрубном пространстве конденсатора высокого давления 47 при испарении парового конденсата за счет тепла образования карбамата аммония и растворения аммиака образуется насыщенный водяной пар (пар) с избыточным давлением 0,4-0,6 МПа и расходом 1,32 т/т готового продукта, который потоком 49 направляется в межтрубное пространство дистиллятора низкого давления 23 для использования в качестве источника тепла на стадии d).

Стадия h)

Газожидкостная смесь (раствор карбамата и газы дистилляции) из конденсатора высокого давления 47 (газожидкостная смесь со стадии g)) потоком 48 поступает в сепаратор высокого давления 6.

В сепараторе высокого давления 6 происходит разделение газожидкостной смеси (раствор карбамата и газы дистилляции) с образованием рециркулируемого в реактор 1 потока 5 раствора карбамата (жидкая фаза со стадии h)) и потока 18 несконденсированных газов сепарации (газовая фаза со стадии h)), которые дросселируются до давления 2,3-2,7 МПа и направляются на стадию f) в межтрубное пространство теплообменника-рекуператора 22 в составе объединенного потока 21.

Пример 2. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что потоком 2 в реактор 1 синтеза карбамида подается 10 % исходного потока диоксида углерода, а потоком 11 в стриппер 10 подается 90 % исходного потока диоксида углерода, вводимого в процесс потоком 7. Степень конверсии диоксида углерода в карбамид в реакторе 1 составляет 60 %.

Поток 8 реакционной смеси (раствора карбамида) выводится из реактора 1 синтеза карбамида с температурой 184 °С.

Поток 13 раствора карбамида выводится из стриппера 10 с концентрацией 49 % (содержание аммиака 11 %, содержание диоксида углерода 12 %).

Расход пара в межтрубной части стриппера 10 составляет 0,81 т/т готового продукта.

В межтрубном пространстве конденсатора высокого давления 47 образуется насыщенный водяной пар с избыточным давлением 0,4-0,6 МПа и расходом 1,34 т/т готового продукта.

Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что потоком 2 в реактор 1 синтеза карбамида подается 30 % исходного потока диоксида углерода, а потоком 11 в стриппер 10 подается 70 % исходного потока диоксида углерода, вводимого в процесс потоком 7. Степень конверсии диоксида углерода в карбамид в реакторе 1 составляет 58 %.

Поток 8 реакционной смеси (раствора карбамида) выводится из реактора 1 синтеза карбамида с температурой 182 °С.

Поток 13 раствора карбамида выводится из стриппера 10 с концентрацией 45 % (содержание аммиака 15 %, содержание диоксида углерода 14 %).

Расход пара в межтрубной части стриппера 10 составляет 0,76 т/т готового продукта.

В межтрубном пространстве конденсатора высокого давления 47 образуется насыщенный водяной пар с избыточным давлением 0,4-0,6 МПа и расходом 1,3 т/т готового продукта.

Условные обозначения на чертежах

1 – реактор синтеза карбамида;

2 – поток газообразного диоксида углерода;

3 – поток жидкого аммиака, который поступает из сети аммиака через эжектор высокого давления 4 совместно с потоком 5 водного раствора УАС из сепаратора высокого давления 6;

4 – эжектор высокого давления;

5 – поток раствора карбамата из сепаратора высокого давления 6;

6 – сепаратор высокого давления;

7 – исходный поток диоксида углерода, вводимого в процесс;

8 – раствор карбамида из реактора синтеза карбамида 1;

9 – газовая фаза, содержащая преимущественно непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода;

10 – стриппер–дистиллятор, представляющий собой вертикальный пленочный теплообменник;

11 – ток потока диоксида углерода;

12 – поток газовой фазы, который выводится потоком из верхней части стриппера–дистиллятора 10;

13 – поток раствора карбамида, выводимый из стриппера 10;

14 – подогреватель среднего давления;

15 – поток парового конденсата из стриппера 10;

16 – поток газовой фазы (отделившаяся газовая фаза в виде аммиака, диоксида углерода и воды);

17 – поток раствора карбамида из подогревателя среднего давления 14;

18 – поток газов сепарации, выходящих из сепаратора высокого давления 6 (поток несконденсированных газов сепарации);

19 – поток водного раствора УАС, выходящего из сепаратора 20;

20 – сепаратор;

21 – объединенный поток;

22 – теплообменник-рекуператор;

23 – дистиллятор низкого давления;

24 – поток раствора карбамида из дистиллятора низкого давления 23;

25 – газовая фаза из теплообменника-рекуператора 22;

26 – поток раствора карбамида из теплообменника-рекуператора 22;

27 – газожидкостная смесь (раствор карбамида и газовая фаза) из межтрубного пространства теплообменника-рекуператора 22;

28 – сепаратор среднего давления;

29 – поток газовой фазы из сепаратора среднего давления 28;

30 – абсорбер низкого давления;

31 – поток конденсата сокового пара, поступающего из узла выпаривания карбамида (на фигуре не показан);

32 – газообразный аммиак из абсорбера низкого давления 30;

33 – поток газовой фазы из верхней части дистиллятора низкого давления 23;

34 – конденсатор низкого давления;

35 – поток конденсата сокового пара из узла выпаривания карбамида (на фигуре не показан);

36 – поток раствора карбамата из абсорбера низкого давления 30;

37 – поток раствора карбамата из узла очистки сточных вод (на фигуре не показан);

38 – поток разбавленного раствора карбамата из конденсатора аммиака низкого давления 39 (поток раствора карбамата, полученного в конденсаторе аммиака низкого давления 39);

39 – конденсатор аммиака низкого давления;

40 – поток газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы), выходящий из конденсатора низкого давления 34;

41 – поток несконденсированных газов из сепаратора 20;

42 – поток конденсата сокового пара из узла выпаривания карбамида (на фигуре не показан);

43 – поток газовой фазы, выходящий из конденсатора аммиака низкого давления 39;

44 – поток раствора карбамата из сепаратора среднего давления 28;

45 – смеситель;

46 – газожидкостный поток (раствор карбамата и газовая фаза) из смесителя 45;

47 – конденсатор высокого давления;

48 – поток газожидкостной смеси (раствора карбамата и газовой фазы) из конденсатора высокого давления 47;

49 – насыщенный водяной пар из межтрубного пространства конденсатора высокого давления 47;

П – пар;

К – конденсат.

Изобретение относится к способу и устройству для получения карбамида из аммиака и диоксида углерода. Предложен способ получения карбамида, включающий подачу в реактор потока, содержащего аммиак, и дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода; подачу в трубное пространство стриппера реакционной смеси, отводимой из реактора, и основной части потока, содержащего диоксид углерода; подачу жидкой фазы из стриппера в подогреватель для отделения газовой фазы от жидкой фазы. При этом отношение объемного расхода основной части потока, содержащего диоксид углерода, к объемному расходу дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, регулируют в пределах от 70:30 до 90:10, а образующийся в межтрубной части стриппера конденсат используют в подогревателе в качестве источника тепла. Также предложена установка для получения карбамида. Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности процесса получения карбамида, увеличении степени конверсии диоксида углерода, снижении расхода пара высокого давления, максимизации расхода вырабатываемого пара низкого давления и оптимизации газовой и тепловой нагрузки на пленочные теплообменники устройств для дистилляции на ступенях высокого и низкого давления. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

1. Способ получения карбамида на установке для получения карбамида, которая включает реактор, стриппер, содержащий трубное пространство и межтрубное пространство, подогреватель и линию для подачи потока, содержащего диоксид углерода, выполненную с возможностью разделения указанного потока на основную часть потока, содержащего диоксид углерода, и дополнительную часть потока, содержащего диоксид углерода,

при этом способ включает следующие стадии:

a) подача в реактор потока, содержащего аммиак, и дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, с образованием реакционной смеси и газовой фазы,

отвод реакционной смеси и газовой фазы из реактора;

b) подача в трубное пространство стриппера реакционной смеси, отводимой из реактора, и основной части потока, содержащего диоксид углерода, с получением жидкой фазы и газовой фазы,

подача пара в межтрубное пространство стриппера и отвод образующегося в межтрубной части стриппера конденсата,

отвод жидкой фазы и газовой фазы из трубного пространства стриппера;

c) подача жидкой фазы со стадии b) в подогреватель для отделения газовой фазы от жидкой фазы и отвод из подогревателя жидкой фазы и газовой фазы;

при этом отношение объемного расхода основной части потока, содержащего диоксид углерода, к объемному расходу дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, регулируют в пределах от 70:30 до 90:10,

а образующийся на стадии b) конденсат используют в подогревателе в качестве источника тепла на стадии c).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии a) в реакторе поддерживают давление 14,0-16,0 МПа и температуру 170-190°C.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии b) в стриппере поддерживают давление 14,0-16,0 МПа и температуру 170-190°C, предпочтительно 180-190°C.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии c) в подогревателе поддерживают давление 2,3-2,7 МПа и температуру 130-150°C, предпочтительно 140-150°C.

5. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что способ дополнительно включает следующие стадии:

d) подачу полученной на стадии c) жидкой фазы в дистиллятор и отвод из дистиллятора жидкой фазы и газовой фазы;

e) конденсация и сепарация газовой фазы со стадии d) для получения из нее жидкой фазы,

f) жидкую фазу со стадии e) смешивают с газовой фазой со стадии c) и с газовой фазой со стадии h) с получением объединенного потока, который используют в качестве источника тепла в теплообменнике для нагрева жидкой фазы, поступающей из дистиллятора,

указанный объединенный поток после выхода из теплообменника разделяют на жидкую фазу и газовую фазу, при этом жидкую фазу подают на стадию g),

g) жидкую фазу со стадии f) смешивают с газовой фазой со стадии a) и с газовой фазой со стадии b) с получением смешанного потока и направляют в трубное пространство конденсатора, в котором при давлении 14-16 МПа и температуре 155-165°С происходит образование газожидкостной смеси,

при этом образующийся в межтрубном пространстве конденсатора пар используют в качестве источника тепла на стадии d),

h) полученную на стадии g) газожидкостную смесь направляют в сепаратор для разделения ее на газовую фазу и жидкую фазу, и затем смешивают полученную жидкую фазу с подаваемым на стадию a) потоком, содержащим аммиак.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что стадию d) осуществляют в дистилляторе при давлении 0,2-0,4 МПа и температуре 130-140°С.

7. Установка для получения карбамида, включающая:

линию для подачи потока, содержащего диоксид углерода, выполненную с возможностью разделения указанного потока на основную часть потока, содержащего диоксид углерода, и дополнительную часть потока, содержащего диоксид углерода,

реактор, выполненный с возможностью подачи в него потока, содержащего аммиак, и дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, и отвода реакционной смеси и газовой фазы;

стриппер, содержащий трубное пространство и межтрубное пространство, при этом трубное пространство выполнено с возможностью подачи в него реакционной смеси, отводимой из реактора, и основной части потока, содержащего диоксид углерода, а также отвода жидкой фазы и газовой фазы, а межтрубное пространство стриппера выполнено с возможностью подачи в него пара;

подогреватель, выполненный с возможностью подачи в него жидкой фазы из стриппера и отвода жидкой фазы и газовой фазы;

при этом линия для подачи диоксида углерода выполнена таким образом, что отношение объемного расхода основной части потока, содержащего диоксид углерода, к объемному расходу дополнительной части потока, содержащего диоксид углерода, можно регулировать в пределах от 70:30 до 90:10,

а стриппер соединен со средством для подачи образующегося в межтрубной части стриппера конденсата в подогреватель в качестве источника тепла.

8. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что установка включает:

дистиллятор, выполненный с возможностью подачи в него жидкой фазы из подогревателя и отвода газовой фазы и жидкой фазы;

средства для конденсации и сепарации газовой фазы, поступающей из дистиллятора, для получения из нее жидкой фазы;

средства для получения объединенного потока из жидкой фазы, поступающей из средств для конденсации и сепарации газовой фазы, и газовой фазы, поступающей из подогревателя;

теплообменник, выполненный с возможностью подачи в него жидкой фазы, поступающей из дистиллятора, и отвода газовой фазы и жидкой фазы, при этом теплообменник выполнен с возможностью получения тепла от объединенного потока;

сепаратор, выполненный с возможностью разделения объединенного потока на газовую фазу и жидкую фазу и отвода газовой фазы и жидкой фазы;

средство для получения смешанного потока из жидкой фазы, поступающей из сепаратора, газовой фазы, поступающей из реактора, и газовой фазы, поступающей из стриппера;

конденсатор, выполненный с возможностью получения газожидкостной смеси из указанного смешанного потока, а также с возможностью выработки пара, который может быть использован в качестве источника тепла в дистилляторе;

дополнительный сепаратор, выполненный с возможностью разделения газожидкостной смеси на газовую фазу и жидкую фазу и отвода газовой фазы и жидкой фазы, причем газовая фаза из дополнительного сепаратора может поступать в средства для получения объединенного потока;

средство для смешивания жидкой фазы, поступающей из дополнительного сепаратора, с поступающим в реактор потоком, содержащим аммиак.

9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что стриппер представляет собой вертикальный пленочный теплообменник;

подогреватель представляет собой кожухотрубчатый теплообменный аппарат затопленного типа;

средства для конденсации и сепарации газовой фазы включают в себя конденсатор, сепаратор и опционально абсорбер.