Способ переработки продуктов синтеза мочевины и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК C07C126/02 

2. Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее колонну с верхней, нижней и центральной частями, вертикально установленные трубки с открытыми концами, смонтированные по всей высоте центральной части колонны, патрубок подачи исходного раствора, патрубок отвода газов, соединенный с верхней частью колонны, патрубок отвода мочевины, соединенный .с нижней частью колонны и патрубки подачи и отвода теплоносителя в межтрубное пространство центральной части колонны, отличающееся тем, что колонна снабжена вертикально установленной

перегородкой, смонтированной в центральной части колонны на всей ее высоте и делящей ее на две секции, причем патрубок подачи исходного paciBopa соединен с нижним участком первой секции центральной части колонны .

3.Устройство по п.2, о тл и чающееся тем, что перегородка выполнена в виде полого цилинд|ра, смонтированного соосно колонне..

4.Устройство по п.2, о т л и .чающееся тем, что перегородка выполнена плоской, а обе секции расположены рядом друг с другом.

1. Способ переработки продуктов синтеза мочевины, включающий выделение непревращенных аммиака и двуокиси углерода в две последовательные стадии с промежуточной сепарацией газов нисходящим током жидкости - карбамата аммония на второй стадии, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, выделение на первой стадии ведут в токе жидкости, восходящем внутри обогреваемых теплообменных трубок. i СУ) С у I 00 СП Сл 1 tput.f

Изобретение относится к усоверiiieFicTBOBaHHOMy способу переработки продуктов синтеза мочевины из aм 1Иака и двуокиси углерода и к устройству для его осуществления. Известен способ переработки продуктов синтеза мочевины, так называемая отпарная технология, BKJmчагощий вьаделение непревращенных ЫНд и СО/; в две последовательные стадии с промежуточной сепарг цией газов нисходящим током жидкости на второй стадии. В известном способе весь NH, необходимый для. синтеза мочевины, используется перед подачей в реактор синтеза мочевины в качестве отпарного агента и противотоком подг ;ется в реактор разложения расплава мочевины, содержащего карбамат l . Недостатки известного способа следующие: очень большую массу газа пропускают через реактор разложения размер которого приближается к крг-;тическому; захлебывание колонны, расплав мочевины, выходящий из реак тора разложения, содержит большое количество №1 и некоторое количество карбамегга и таким образом требует для последующей обработ ки дорогое оборудование. Известно устройство для вы.иелеЛи мочевины из раствора продуктов реак ции аммиака и двуокиси углерода, со держащее колонну с верхней, нижней и центральной частями, вертикально установленные трубки с открытыми ко цами, смонтированные по всей высоте центральной части колонны, патрубок подачи исходного раствора, патрубок отвода газов, соединенный с верхней частью колонны, патрубок отвода мочевины, соединенный с нижней частью колонны, и патрубки подачи и отвода , теплоносителя в межтрубное пространство центральной части колонны 2 . Недостатком известного устройства являются ограниченные возможности повышения производительности, определяемые условиями захлебывания колонны. Кроме того, в этом устройстве необходимо использовать большие количества пассивирующего агента для предотвращения коррозии на нагретых поверхностях большой площади элемен.тов устройства из нержавеющей стали. Целью изобретения является повышение эффективности процесса., Поставленная цель достигается тем, что согласно способу переработки продуктов синтеза мочевины,включающему вьщеление непревращенных аммиака и двуокиси углерода в две последовательные стадии с промежуточной сепарацией газов нисходящим током жидкости - карбамата аммония на второй стадии, выделение на. первой стадии ведут в токе жидкости, восходящем внутри обогреваемых теплообменных трубок. В устройстве для осуществления способа, содержащем колонну с верхней, нижней и центральной частями, вертикально установленные трубки с открытыми концами, смонтированные по всей высоте центральной части колонны, патрубок подачи исходного раствора, патрубок отвода газов, соединенный с верхней частью колонны, патрубок отвода раствора мочевины, . соединенный с нижней частью колонны, и патрубки подачи и отвода теплоносителя в межтрубное пространство центральной части колонны, колонна снабжена вертикально установленной перегородкой, смонтированной в центральной части колонны на всей ее высоте и делящей ее на две секции, причем патрубок подачи исходного раствора соединен с нижним участком первой секции центральной части колонны. Причем перегородка выполнена в виде полого цилиндра, смонтированно го соосно колонне. Кроме того, перегородка выполнена плоской, а обе секции расположены рядом друг с другом. На фиг.1 представлена технологическая схема предлагаемого способа; на фиг.2 - устройство для осушествления способа/ вертикальный разрез/ на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - вариант выполнения устройства, вертикальный разрез; на фиг.6 разрез В-В на фиг.5, на фиг.7 - раз рез Г-Г на фиг.5. Основной отличительный признак предлагаемого способа показан на фиг.1. В реакторе 16 синтеза подаваемые NH и СО реагируют под давлением и при высокой температуре, образуя расплав мочевины УМ (содержащий мочевину, карбамат аммония, свободный NHa и другие побочные продукты).Как правило, в реактор 16 подают избыто NH по отношению к стехиометрическо му количеству, причем раствор УМ, стекающий в нижнюю часть реактора 16, содержит значительные количества свободного NH и карбамата аммония, разлагающегося в результате термического разложения на НН и СО которые затем могут рециркулировать в реактор 16 синтеза. Как правило, этот реактор работает при высоких температурах (например 160-250с) и при давлении, например, 100-300 бар и при высоких соотношениях , например, в интервале 2,5:10. Обработка расплавов мочевины заключается в термическом разложении, осуществляемом в виде следующих стадий при критических условиях. На стадий I значительное количес тво NH отгоняют от раствора мочеви ны и при этом разложению подвергает ся лишь незначительное количество карбамата. Для этого одновременно с расплавом мочевины можно подавать свежую СО. Стадия I фиксируется диаграммным блоком, в который УМ подается из реактора и кз которого отгоняют пары, регенерируемые и рециркулируемые в реактор традиционны способом. Обработанный таким образом раствор мочевины УМ подают на вторую стадию обработки К, где происходит разложение основной массы карбамата (а остаточное количество св ободного NHj отгоняется), предпочтительно отпариванием УМ противотоком к све жей COj . Газы, образованные в результате разложения карбамата на стадии II, регенерируют и рециркулируют в реактор традиционными способами, то же самое происходит с остаточным отогнанным NH, а по линии подается раствор мочевины УМ, практически яе содержащий свободного NIi и карбамата. Раствор УМ, полученный предлагаемым способом, практически не н уждается в дополнительной обработке с целью регенерации NH,j и СО. Стадии способа можно осуществлять при одном и том же давлении,например, при давлении синтеза, но можно проводить процесс и при различных величинах давления, которые могут отличаться от давления синтеза. -Предлагаемый способ можно проводить в очень простых, эффективных и дешевых обрабатывающих устройствах (фиг.2 и 3). Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит колонну 1 с верхней а, центральной и нижней b частями. По всей высоте центральной части колонны 1 смонтированы вертикально установленные трубки 2 с открытыми концами. Для монтажа трубок 2 предусмотрены верхняя 3 и нижняя 4 трубные решетки. В верхней части а колонны 1 име- ется газовый коллектор 6, а в нижней b - жидкостной коллектор 5. Устройство снабжено патрубком 7 подачи исходного раствора, патрубком 8 отвода газов, соединенным с верхней частью а колонны 1, а также патрубком 9 отвода мочевины, соединенным с нижней частью Ъ колонны 1. Для подачи отвода теплоносителя в межтрубное пространство центральной части колонны предусмотрены соответственао патрубки 10 и 11. Колонна снабжена вертикально установленной перегородкой 12, смонтированной в центральной части колонны на всей ее высоте и делящей ее на две секции - первую с и вторую d.Патрубок 7 подачи исходного .раствора соединен с нижним участком первой секции с в центральной части колонны 1. Перегородка 12 может быть выполнена в виде полого цилиндра (фиг.2-4), смонтированного соосно колонне1. Перегородка может быть также выполнена плоской (фиг.5-7), при этом обе секции расположены рядом друг с другом. Верхний край перегородки 12, рас положенный в верхней части а колонны 1 , представляет собой жидкостную переливную перегородку 13, в которой могут быть выполнены щели. В нижней части Ъ колонны 1 предусмотрено кольцевое питательное пространство 14, расположенное под нижней трубной решеткой 4. Для подачи гаэообраэного СО в нижней части ко.лонны 1 предусмотрен патрубок 15 с соплами.

. Устройство работает следующим образом.

Расплав мочевины, содержащий карбамат аммония, свободный аммиак и воду и полученный в реакторе синтеза 16, подается по патрубку 7 через сопла в кольцевое питательное пространство 14.

Расплав внутри трубок 2 поднимается по первой зоне верхнюю часть колонны и обогревается паром, поступающим в межтрубное пространство по патрубку 10.

Температура теплоносителя (пара) и время пребывания расплава выбирав ется таким образом, чтобы внутри трубок 2 первой секции с разложилас лишь небольшая часть карбамата аммония и отгонялась основная часть свободного аммиака. Далее расплав мочевины движется внутри трубок 2 в первойсекции прямотоком с парами, образовавшимися при отгонке аммиака и при разложении карбамата аммония. При этом температура трубок 2 - 190220 С, а время пребывания расплава мочевины составляет менее 50 с, препочтительно 3-12 с.

В верхней части а колонны на выходе из трубок 2 первой секции и происходит отделение паров (fiE,CO и Н20) от расплава мочевины. Пары собираются в паровом коллекторе 6, расплав мочевины через переливную перегородку 13 поступает во вторую секцию d колонны и стекает в виде тонкой пленки по внутренним поверхностям трубок 2 в нижнюю часть Ъ колонны 1 противотоком с потоком свежего газообразного COg, который подается от внешнего источника (не показан) через патрубок 15 с соплами или с парами, полученными во второй секции d, когда свежий СО не подается.

Так как расплав мочевины движетс внутри трубок 2 второй секции d в виде тонкой пленки и в межтрубное пространство подается теплоноситель (пар), обеспечивается хороший контакт между расплавом мочевины и движущегося противотоком свежего COg или -газов, отделенных от расплава мочевины при движении вниз и отгозка карбамата аммония и аммиака завершается, в основном, во второй секции d.

Прчц.е.тпшйОбработку расплав мочевины высокой чистоты собирается в нижней части колонны 1 в жидкостном коллекторе 5. Этот расплав требует небольшой или не требует совсем дополнительной обработки.

На фиг.2-4 представлен вариант выполнения устройства, в котором

первая и вторая секции выполнены концентрическими, а на фиг.5-7 представлен вариант выполнения, в котором перегородка выполнена плоской, а обе секции расположены рядом друг с другом.

Сравнительный пример. Устройство для выделения или отпарной аппарат, применяемый в традиционной технологии с использованием двуокиси углерода в качестве агента десорбции, загружают расплавом мочевины состава, кг: ЫН 45,33; СО2 29,33; мочевина 60 (1 кмоль) ; 36. Всего 170,66 кг. Условия работы реактора синтеза: мольное соотношение ,, равно:- 2,8, выход мочевины 60% .

В каждой из двух трубок используется 1 кмоль обработанной мочевины, причем каждая трубка имеет внутренний диаметр 25 мм и длину 6 м. Для увеличения выхода в реакторе синтеза, в котором производится рс$сплав мочевины, подаваемый в указанное отпарное устройство, такой реактор должен работать при молярном соотношении большем 2,8 и равном, например,4. Однако в случае, когда отношение , 4, количество газов, выделяющихся из расплава и проходящих через устройство, увеличивается и требует использования трубок, имен-щих диаметр выше 25 мм (например, D, 30 мм, и более короткой длины (например, L 4,3 м), что необходимо, чтобы избежать захлебывания трубок и понизить общую поверхность разлагающего устройства пропорционально увеличенному выходу от 60 до 70%, т.е. при соотношении 60/70. На установке производительностью 1000 т мочевины в день такая обычная отгонка требует аппарата, содержащего 1388 трубок.

Пример 1. Втом случае, когда используют двухстадийный способ, можно работать с разлагающим устройством, относящимся к типу, в котором в первую зону разложения подают расплав, состава, кг: NH 63,13, СО 18,85, мочевина 60 (1 кмоль), 33,42. Всего 175,40 кг. Условия работы реактора синтеза: мольное соотношение равно 4, выход мочевины 70%, давление 160 бар, температура 190°С.

При потоке мочевины в каждой из трубок, равном 1000 кг (диаметр трубок равен, например, 20 мм, а длина 6 м), число трубок устройства для выделения мочевины из раствора в первой зрце с для установки производительностью 1000 Мт/день (694 ,4 кмоль мочевины/ч)равно 122.

Первая зона с обогревается паром 5 при 200°С. Время пребывания раствоpa мочевины в этой зоне с составляет 3 с. Состав расплава мочевины, который после первой зоны обработки входит через переливную перегородку 13 второй зоны разлагающего устройства, кг: NH.J 39; COg 15,5; мочевина 60 (1 кмоль); ЬО 29,3, Всего 143,8 кг. При подаче в устройство для выделения 22 кг свежей отпарной СО патрубком 15(около 1/2 кмоль СО на каждый кмоль мочевины) вверх противотоком по отношению к движущемуся вниз потоку расплава мочевины в трубки второй зоны (нагретые до 200®С) собирают в нижней донной части расплав мочевины, следующего состава, кг (вес.%): NH Ь(5); СО 1,6 (2); мочевина 60 (75), 14,4 (18) Расплав мочевины далее выходит из патрубка 9. Время пребывания расплава во второй зоне 15 с. Из верхней головной части устройства для выделения через патрубок 8 выходит поток газа следующего состава, кг: 59,13; СО 17,25+22, НгО 19. При потоке, проходящем через каждую трубку второй зоны, равном 100 кг при этом трубка имеет внутренний диаметр 20 мм и длину 6 мм, число трубок 999. Общее число трубок для первой и второй зон 1121. На установке, используемой в сравнительном примере, для известного способа (1388 трубок с диаметром 25 мм) уменьшение веса устройства для выделения составляет 27.000 кг, что дает большую экономию в денежном отношении, Эта экономия вычислена без учета разницы в выходе (70% в примере 1 согласно изобретению и 60% согласно общепринятой технологии по сравнительному примеру). С учетом повышения выхода дополнительная экономия получается от снижения количества карбамата, которое необходимо разложить. Полученные выше результаты также справедливы и в том случае, когда не используют отпарного агента (С02 0). Состав расплава мочевины, выгружаемого из сопла 9, в отсутствии свежей СО, кг (вес.%): NH 8(9,4); СО 2,6 (3), мочевина 60 (70,1); Н20 15 (17,5), Пример 2. При использовании предлагаемого способа и устройства для его .осуществления (работающего при давлении в редакторе 160 бар и температуре 200С, изобарная петля) получают состав расплава мочевины на выходе из устройс-за второй зоны d (нагрев до 200с), приведенный в таблице. Время пребывания в первой и второй зонах составляет 5 и 15 с соответственно. Таким образом, по примеру 1 состав расплава мочевины, обрабатываемого предлагаемым способом, следующий: NHj 9,4%; мочевина 70,1% (в отсутствие противотока COg ); МБ 5%, мочевина 75% (при небольшом противотоке СО2 ) . В то время как по известному способу, с использованием аммиака как агента отгонки,выгружают из аппарата для разложения расплав мочевины состава, %: NH.J 47,79, мочевина 39,41. Сравнивая приведенные составы, видно, что в растворе, обработанном согласно изобретению в реакторе разложения карбамата, разложение протекает практически полностью (и остаточное кол ичество аммиака ничтожно), тогда как в растворе, обработанном по известному способу, содержание аммиака значительно, а содержание мочевины сравнительно низкое и поэтому необходима последующая обработка на дорогостоящем оборудовании для удаления остаточного аммиака из раствора и возвращения его в реактор для синтеза.

ГО

фуг. 2

JL

fO

rL

ff

J

d

If

fSfco,) 5

0Ot.f

8-в