Способ получения мочевины Советский патент 1984 года по МПК C07C126/02 

СО

СО 00

ел Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода. Известен способ получения мочеви путем синтеза ее из аммиака и двуокиси углерода с жидкостным регрнклон нёпрореагировавших веществ (в виде водного раствора углеаммонийных солей УАС) или с газовым рециклом. Пос кольку реакция синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода обратима н степень превращения СО-( ) соста ляет 58-76%, для сдвига равновесия реакции в сторону целевого продукта в зоне синтеза, как правило, поддерживают избыток NHj сверх стехиометричёского количества. Величина молярного соотношения Шз:С02(Ь) в исходной реакционной смеси составл ет 2,5-10,0. Эта величина обычно бывает тем выше, чем больше молярное соотношение H20:C02(W) в той же смес так как вода сдвигает равновесие реакции синтеза в сторону исходных веществ. При этом чем вьпые L, тем вьпие равновесная степень превращения СО (Х- ) и движущая сила реакции синтеза, а потому тем выше скорость процесса. Кроме того с постом L снижается равновесное давление Р над плавом синтеза, возрастает движущая сила процесса конденсации газообразного сьфья, что дополнительно повышает скорость синтеза мочевины lj. Однако с ростом L снижается сте.пень превращения аммиака в мочевину Х| и возрастают энергетические затраты в системе вьщеления его из плава синтеза и рециркуляции в реактор. Известен ряд способов получения мочевины, в которых для повьпиения степени превращения сырья оптимизируют температурный режим процесса синтеза либо распределение рециркул руемой воды по отдельным аппаратам реакторного блока. Известен способ получения мочевины, включающий синтез ее в двух раздельных зонах с подачей в первую зону только свежих NH и COj() при L 4-10, давлении 140-420 кгс/см и 160-220°С.Рециркулируемый раствор УАС перерабатывают только во второй зоне синтеза мочевины, куда подают также и свежие NHj и СО 2. По этому способу величина X j-. мо жет достигать 70%, но степень превра CY - 2Хсог . щения NHgiXj -- ) не превы «3 шает 35% (при ). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ получения мочевины, согласно которому синтез мочевины из аммиака и двуокиси углерода при 160-220 0 и давлении 140-400 кгс/см осуществляют в двух последовательных зонах с рециркуляцией непрореагировавших веществ, причем всю двуокись углерода и, по крайней мере, часть аммиака подают в первую зону, именуемую зоной отвода тепла. Величина L в этой зоне менее 4. Реак1И1онную смесь из зоны отвода тепла подают во вторую зону, именуемую зоной синтеза мочевины, куда подают также оставше еся количество аммиака. TeNmepaTypy в зоне синтеза мочевины поддерживают на постоянном уровне путем регулирования температуры и/или относительных количеств аммиака, подаваемого в зону отвода теплоты и в зону синтеза мочевины 3. Известный способ по показателям эффективности (X о и X KJH ) близок к рассмотренному ранее 23 и потому обладает теми же недостатками. Целью изобретения является повьш1ение эффективности процесса путем повышения степени превращения исходных реагентов и снижения вследствие этого энергетических затрат на выделение из плава синтеза и рециркуляцию в реактор непрореагировавших веществ. Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения мочевины, включающему ее синтез из аммиака, двуокиси углерода и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ при 160-210°С и давлении 180-400 кгс/см в двух последовательно соединенных зонах с подачей исходных реагентов в обе зоны, отвод теплоты в узле синтеза, разделение продуктов синтеза с выделением мочевины и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ, свежий аммиак и рециркулируемый поток непрореагировавших веществ подают в первую зону, а свежую двуокись углерода - во вторую, ч которой осуществляют, отвод теплоты, или распределяют между зонами с подачей в первую зону синтеза 20-25% свежей двуокиси углерода. При этом обеспечивается поддержание температуры в первой зоне на заданном уровне. Предлагаемый способ предусматривает осуществление процесса в первой зоне синтеза мочевины в присутствии избытка NH, что обусловливает вьюокую степень превращения COj . Во второй зоне синтеза за счет подачи свежей двуокиси углерода валовое соотно шение между NHj и СО (во всех формах близко к стехиометрическому. В этой зоне приемлем даже небольшой избыток Cbj , поскольку с ростом избытка возрастает. Во второй зоне синтеза отводится теплота растворени СО, в плаве синтеза и образуется дополнительное количество мочевины. Вследствие этого X NHj степень превр щения того количества NH .J , которое присутствовало в первой зоне, возрастает. При оценке для второй зоны синтеза - как показателя, опреде ляющего энергозатраты на дистилляцию плава,- та часть поданного во вторую зону потока СО, которая эквивалентн количеству мочевины, синтезированной в первой зоне, не учитывается, так как затраты .тепла на его выделение из плава синтеза на стадии дистилляции эквивалентны теплосъему, осуществляемому во второй зоне синтеза. Таким образом, плав синтеза на выходе из реакторного блока характеризуется более высоким абсолютным содержанием мочевины и повышенной степенью превращения исходных реагентов. Благодаря этому снижается расход энергетических средств на выделение из плава синтеза и рециркуляцию непрореагировавших веществ. Поток непрореагировавших веществ после выделения из плава синтеза рециркулируют в первую зону синтеза в газообразном или жидком виде. В последнем случае может возникнуть дефицит тепла в реакторе первой зоны синтеза. Чтобы его восполнить предус матривается подача 20-25% эту зону. Количество COj, направляемой в первую зону синтеза, регулируют, поддерживая заданную температуру в этой зоне. На чертеже изображена принципиальная схема установки для получе ния мочевины. Согласно этой схеме NH (поток 1 поток 2 непрореагировавших веществ и поток 3 двуокиси углерода направяют в реактор 4 первой зоны синтеза, где осуществляют процесс при t 160-210°C и давлении Р 180400 кгс/см. Плав синтеза (поток 5) из первой зоны направляют в реактор 6 второй зоны синтеза. В этот же аппарат вводят основное количество двуокиси углерода (поток 7). Параметры процесса ( и Р) поддерживают Б тех же интервалах, что указаны для реактора первой зоны синтеза. Избыток тепла в реакторе 6 отводят, используя теплообменные элементы В. Если температура в реакторе 4 отклонится от заданного уровня, по сигналу датчика 9 регулятор 10 изменит степень раскрытия клапана 11 на линии 3 подачи С02- и температуру в аппарате 4. Из реакторного блока плав синтеза по линии 12 передают на дистилляцию известными методами. Следует отметить дополнительные преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными. Во-первых, в плаве синтеза,отводимом на дальнейшую переработку из второй зоны синтеза, соотношение ЫНз:С02 близко к стехиометрическому или даже имеется избыток СО,;. Это создает предпосылки для осуществления селф-стриппинга (авто-стриппинга) плава, т.е. процесса дистилляции, аналогичного по существу процессу отдувки непрореагировавших веществ в токе COj . Пре- имущество селф-стриппинга заключается в том, что отпадает необходимость применения специального аппарата дистилляции сложной конструкции, обеспечивающего строго равномерное распределение Газообразного COj в жидкости. Во-вторых, в случае газового рецикла непрореагировавших веществ путем адиабатического компримирования использование предлагаемого способа позволяет снизить температуру компримирования рециркулируемых газов, которая тем вьш1е, чем больше концентрация NHj в смеси с СО,. Снижение требуемой температуры компримирования упрощает задачу изготовления компрессора и обеспечивает снижение его стоимости. Температура и давление процесса в обеих зонах синтеза такие же, как в известных способах синтеза мочевины Целесообразное значение в первой зоне синтеза не регламентируется и выбирается путем обычн к проектных расчетов по минимуму энерг затрат в зависимости от принятой тех ники дистилляции плава синтеза и средств рециркуляции непрореагировав ших веществ. Соотношение Ш,tCpj вовторой зоне синтеза не регламентируе ся, так как определяется величиной этого соотношения в плаве синтеза из первой зоны, а также тем, что во вторую зону полностью или почти полностью подают поток двуокиси углерод В результате во второй зоне может возникнуть некоторый избыток С02, че выше этот избыток, тем более благоприятны предпосылки для осуществлени селф-стриппинга. Наконец, соотношения ННз:С02 в обеих зонах синтеза регулируются автоматически по температуре, которую поддерживают в первой зоне синтеза на заданном уровне Пример 1. В реактор 4 перво зоны синтеза, на выходе из которого поддерживают температуру 197°С при давлении 250 кгс/см, по линии 1 подают 119,2 кг/ч жидкого аммиака, а по линии 2 - 399,8 кг/ч смеси веществ, вьщеленных из плава синтеза на стадии дистилляции, в том числе 167,8 кг/ч NHg, 172,5 кг/ч COj, 28 кг/ч мочевины и 31,5 кг/ч . Клапан 11 полностью закрыт, подачи COj по линии 3 нет. Из реактора 4 первой., зоны синтеза в реактор 6 второй зоны по линии 5 выводят 519 кг/ч плава синтеза, в котором 194,3 кг/ч NHg, 52,5 кг/ч СОг, 191,6 кг/ч мочевины и 80,6 кг/ч Соотношение между обнщм количеством .мочевины (191,6 кг/ч) и общим количеством С02 во всех формах (включая 52,5 кг/ч СО,, не конвертированных в мочевину) в плаве синтеза соответствует степени преврап5ения СО, равной 73%. Если же не учитывать 28 кг/ч мочевины, поступающей в реак торный блок с потоком рециркулирующи веществ, XCQ,составляет 69,6%. В реактор 6 второй зоны синтеза, где-процесс ведут при 190С и давлении 250 кгс/см, наряду с плавом из первой зоны синтеза по линии 7 подают 154,2 кг/ч двуокиси углерода. По линии 12 из реакторного блока выводят на переработку 673,3 кг/ч плана синтеза, в котором 167,9 кг/ч 172.5кг/ч СОз, 238,3 кг/ч мочевины и 94,6 кг/ч HjO. Без учета 28 кг/ч рециркулируемой мочевины величина СОу ° отношению к полному количеству COj в первой зоне) составляет 74,6%, т.е. на 5 абс.% вьш1е, чем в известном способе. Пример 2. В реактор 4 первой зоны, работающий при и давлении 250 кгс/см, по линии 1 подают 119,2 кг/ч жидкого аммиака, по линии 2 - 399,8 кГ/ч смеси веществ, вьщеленных из плава синтеза на стадии дистилляции, в том числе 167,8 кг/ч NHj, 172,5 кг/ч COj , 28 кг/ч мочевины и 31,5 кг/ч . Для обеспечения температуры в аппарате 4 на заданном уровне (197°С) в соответствии с сигналом датчика 9 регулятор 10 поддерживает клапан 11 приоткрыть, и по линии 3 в реактор 4 поступает 34,2 кг/ч COj (22%). Из аппарата 4 в реактор 6 второй зоны по линии 5 выводят 553.2кг/ч плава синтеза, в котором 194.3кг/ч NHg, 86,7 кг/ч COj, 191.6кг/ч мочевины и 80,6 кг/ч НО. В реактор 6, где процесс.ведут при 190°С и давлении 250 кгс/см, наряду с плавом из первой зоны синтеза по линии 7 подают 120 кг/ч COj. По линии 12 из реакторного блока выводят на переработку 673,3 кг/ч плава синтеза, в котором 167,9 кг/ч NHj, 172,5 кг/ч CO.J, 238,3 кг/ч мочевины и 94,6 кг/ч . Примеры Зи4. Отличаются от примера 1 только параметрами процесса, количеством и составом материальных потоков. Эти сведения приведены в таблице. Пред-пагаемый способ позволяет за счет увеличения степени превращения сырья уменьшить расход энергетических средств на дистилляцию плава синтеза и рециркуляцию непрореагировазших веществ и снизить себестоимость 1 т мочевины.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ, включающий ее синтез из аммиака, двуокиси углерода и рециркулируемого потока непрореагировавпшх веществ при температуре 160-210°С и давлении 180-400 кгс/см в двух последовательно соединенных зонах с подачей исходных реагентов в обе зоны, отвод теплоты в узле синтеза, разделение продуктов синтеза с выделением Мочевины и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ, отличающ и и с я тем, что, с целью noBbmieния эффективности процесса и снижения энергетических затрат, свежий аммиак и рециркулируемый поток непрореагировавших веществ подают в первую зону, а свежую двуокись углерода подают во вторую зону, в которой осуществляют отвод теплоты, или распределяют между зонами с подачей в первую зону синтеза 20-25% свежей двуокиси углерода.