vj
со
4
Изобретение касается производ ства мочевины, используемой как удобрение в сельском хозяйстве. Процесс ведут из NHj и COj при соотношении (4,5-5):1 ,при рабочем давлении 145-200 ат и температуре 184-190 С в присутствии раствора карбоната при молярном соотноношении и СО 0,,5 в одном реакторе. Полученный мочевиносодержащий раствор с избытком NH обрабатьтают в адиабатических условиях 3,8-10,6%-ной свежей COj (от ее общего количества) в течение 3-8 с возвратом от;огнанного NHj в зону синтеза. Далее раствор направляют в зону разложения карбоната на контактирование с оставшейся частью свежей СО. Целесообразно обработку мочевиносодержащего раствора из зоны синтеза вести частью потока свежей COj в смесителе типа Венту- ри, в котором поток 002 пропускают в прямотоке с раствором мочевины. Эти условия позволяют снизить расход пара высокого давления с 474 до 150- 190 кг. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. I О)
СН
Изобретение относится к синтезу очевины, в частности к способу поучения мочевины, которую использут в производстве азотных удобрений, j
Целью изобретения является снижеие расхода пара высокого давления.
На фиг.1-4 показаны варианты осуествления способа.
Раствор мочевины, полученный в tO реакторе R с высокой степенью конверсии и содержащий аммиак, количество которого превышает стехиометри- ческое, обрабатывают на адиабатической стадии S, где основную г:асть из- 15 быточного количества аммиака удаляют путем тесного контакта раствора мочевины с небольшим количеством свежей двуокиси углерода, подаваемой на стадию S по трубопроводу 1 (см.фиг.1). 20 По трубопроводу 2 подают раствор мочевины из реактора R обычной .конструкции на стадию S, а прямой рецикл отделенного избыточного аммиака со стадии S осуществляют по трубопрово- 25 ду 3 в реактор. Затем раствор мочевины с минимальным содержанием избыточного аммиака со стадии S подают по трубопроводу 4 в секцию ST отгонки легких фракций известной конструк-30 ции, где карбамат удаляют с максимальной эффективностью в обменнике пленочного типа в противопотоке со свежей двуокисью углерода, применяемой как агент отпаривания и вводимой 35 по трубопроводу 5.
Пары (главным образом NHg и СО в результате разложения карбамата) из парной секции ST подают по трубопроводу 6 в конденсатор для карба- 40 мата СС, из которого по трубопроводу .7 удаляют вьщеляемое тепло для образования пара, используемого на стадиях обычной обработки раствора мочевины.45
В конденсатор для карбамата СС поступает также раствор карбамата по трубопроводу 8 и инертные газы,которые удаляются из реактора R по трубопроводу 9. Эти инертные газы CQ после удаления в конденсаторе для карбамата СС остаточньгх NHj и СО , удаляют из системы. Аммиак из трубопровода 10 частично подают по трубопроводу 11 в реактор после предва- -, рительного нагрева в нагревателе Р для установления равновесия тепла в реакторе и частично - в конденсатор для карбамата СС (по трубопроводу 12). По трубопроводу 13 подают свежую двуокись углерода, основную часть которой направляют в парную секцию ST по трубопроводу 5, а меньшую часть подают на стадию S по трубопроводу 1 .
Раствор мочевины после обработки в парной секции (ST) с оптимальным остаточным содержанием карбамата передают по трубопроводу 14 на стадии обычной обработки для получения требуемого конечного продукта мочевины.
Раствор карбамата из конденсатора для карбамата СС рециркулирует в реактор под действием силы тяжести п трубопроводу 15.
Непродолжительное контактирование (несколько секунд) раствора моче вцны с избыточным содержанием аммиака и введенной свежей двуокиси углерода на стадии S адиабатического отделения аммиака является критическим.
Согласно фиг.1 слой соответствующего промотора L передачи массы расположен в отдельной емкости Е, верхняя часть которого Т действует как сепаратор для сбора вьщеляемого аммиака. D - распределитель жидкости.
Согласно фиг.2 стадия удаления аммиака S осуществляется в нижней части реактора R, где слой L соответствующего промотора передачи массы расположен в пустом пространстве ES днища реактора, согласно фиг.З стадия удаления а;ммиака также осуществляется в нижней части реактора R, но в пустом пространстве ES уменьшенного диаметра, где находится слой L соответствующего промотора передачи массы.
На фиг.4 показан предпочтительный вариант осуществления способа. На стадии S адиабатического разделения аммиака тесный контакт между раствором мочевины с избыточным содержанием аммиака (поток 2) и введенной свежей двуокисью углерода (поток 1) достигается за очень короткий отрезок времени с очень высокой передачей массы в смесителе VM типа Вентури. Затем в сепараторе ES отделяют пары аммиака от раствора мочевины.. ...,
В приведенных ниже примерах описаны изобарные системы, в которых в секциях для отгонки более низкое
давление, чем на стадии отделения аммиака.
Пример 1. Условия работы реактора R: молярное отношение , молярное отношение 0,4, температура 188°С, давление 180 бар, степень конверсии (00-2 в мочевину) 74%.
Состав потоков, кг (%)/ Поток 13 свежей СО 48,833/100°С Поток 1 свежей С02 на с тадию S отделения аммиака 4,375/100 С
(9,5)
Поток 5 свежей СО в аппарате с отгонкой легких фрак;- ций ST
Поток 10 свежего NHj
Поток 2 раствора мочевины из реактора:
NH, . 72,250 (40,19) COj16,125 (8,97)
Мочевина 62,500 (34,77) HjO28,875 (16,07)
Температура 188 С Поток 4 раствора мочевины со стадии S в секции для отдельных легких фра1к- ций ST; .
41,458/100°С 35, 417/25 С
29,750 (21,17) 20,000 (14,24) , 62,500 (44,48) 28,250 (20,11)
Температура 191°С ой рев ре
42,500 (97,42) 0,500 (1,14) 0,625 (1,44) Температура 190°С
16,000 (12,98) 17,250 (14,00) 62,500 (51,71) 27,500 (22,31) Температура 175° С
13,750 (23,43)
44,208 (75,30)
0,750 (1,27) Температура
Поток 8. Раствор карбамата из нижних секций: . NHj COj
16,000 (38,10)
17,250 (41,07)
8,750 (20,83)
Расход пара 190 кг под давлением 22 бар для 1000 кг мочевины. ; В нижних секциях для удаления и
5 I рецикла остаточных СО,, содержащихся в растворе мочевины, который выходит из СОз-десорбера (секции для отгонки легких фракций), до конечной вакуумной концентрации раствора моче0 вины для получения готового продукта можно применять пар под давлением 6-7 бар, который образуется в конденсаторе для карбамата СС. При применении способа прямого восстановле5 ния тепла (система с многократным
эффектом) дополнительньй пар не будет образовываться в пределах батареи установки. Время контакта свежей двуокиси углерода с раствором синте-
0 |3а 4 с.
П р и м е р 2. Рабочие условия для реактора Е молярноё отношение IjHj/COi 4,5, молярное отношение Н О/СОг 0,4, температура 188°С,дав- 5 ление 180 бар, скорость конверсии (со/1 в мочевину) 74%.
Состав потоков, кг (%): Поток 13 свежей двуокиси углерода 45,833/100°С 0 Поток 1 свежей двуокиси углерода на стадию S сепарации аммиака1,744/100 С
(3,8)
5 Поток (5) свежей двуокиси углерода в секцию ST44,084/100 С Поток 10 свежего NHj 35,417/25 С Поток (2) раствора 0 мочевины из реактора К
72,250(40,19) 16,125(8,97)
Мочевина62,500(34,77)
H-zO28,875(16,07)
5Температура 188°С
Поток 4 раствора мочевины со стадии S в секцию ST
NHj- СО 2
NHg .
CO,
Мочевина HiO
Поток 3. Прямой рецикл аммиака в реактор R :
NHj: COj
н,о
Поток 14 раствора мочевины из секции ST:
ЫНз
COj
Мочевина
H-iO
Поток 6 паров КНз+ CO.jH3 секции ST:
NHj
CQj HO О
53,519(32,96) 17,669(10,88) 62,500(38,49) 28,687(17,67) Температура 191°С
18,731(97,97) 0,200(1,05) 0,188(0,98) Температура 190 С
16,000(12,98) 17,250(14,00) 62,500(50,71) 27,500(22,31) : Температура 175 с
37,519(45,09)
Поток 8 раст вора карбамата из ниА- них секций:
NH,,
44,508(53,49) 1,187(1,42) .
Температура
СО И 20
16,000(38,10) 17,250(41,07) 8,750(20,83)
Время контакта потока. СО с раствором синтеза 5с.
ПримерЗ. В сравнении с примером 2 рабочие условия изменены так чтобы десорбционная секция ST работала в адиабатических условиях. Б это случае десорбционной секцией ST может быть устройство, отличное от трубчатого теплообменника (например колонна с тарелками), но для уменьшения времени нахождения оптимальным является трубчатое устройство пленочного типа.
Рабочие условия реактора R: молярное отношение NHj/CO 5, молярное отношение 0,5, температура 190°С, давление 200 бар, скорость коверсии (СО в мочевину) 76.
Состав потоков, кг f%): Поток 13 свежей СО. 45,833/100°С Поток 1 свежей COi на стадию S отделения аммиака 4,875/100 С(10, Поток 5 свежей СО
0
5
в секцию ST Поток 10 свежего NHg
Поток 2 раствора мочевины из реактора:
NH3
СО
Мочевина
Hj,0
Поток 4 раствора мочевины со стадии S в секцию ST:
NHj
СО,
Мочевина
Поток 3. Прямой рецикл аммиака в реактор R:
NHj
СО,
5
5
0
Поток 14 раствора 0 мочевины из секции ST:
Шз со
40,958/1004 35,417/25°С
81,062(42,86) . 14,500(7,67) 62,500(33,05) 31,063(16,42) Температура 190° С
29,750(21,03)
18,875(13,35)
62,500(44,19)
. 30,313(21,43)
Температура
51,312(97,62)
0,500(0,95) 0,750(1,43) Температура 19Гс
Мочевина
Поток 6
NHj-tпаров, СО из
0 десорбционной секции ST
NH,
20,625(15,24) 22,500(16,63)
62,500(46,19 29,688(21,94) Температура 1 65° С.
COj Н,гО
5
9,125(19,39) 37,333(79,29)
0,625() Расход пара для десорбционной секции ST нулевой. Б секциях, расположенных в нижней части реактора (не показаны), для удаления и рецикла больших остатков СО,содержащихся в растворе мочевины, выходящем из СО -десорбера, можно применять пар под давлением 7-8 бар, который образуется в конденсаторе для карбамата, до окончательной концентрации в ва- кууме раствора мочевины для получения готового продукта. При применении технологии прямого восстановления тепла (система многократного действия) уменьшенное количество пара
под давлйнием 8 бар, т.е. 150 кг на 1000 кг мочевины,передается от батареи, установки. Вре.мя контакта COz с раствором синтеза 8с..
П р и м е р 4. Основан на способе десорбции двуокисью углерода (способе Стэмикарбон), который модифицирован согласно изобретению с модернизацией установки для осуществления способа Стэмикарбон с целью уменьшения расхода энергии.
Рабочие условия реактора R: молярное отношение NH /COjSjZ, молярное отношение H O/CO-j 0,4, температура , давление 145 бар, сте,- пень конверсии (СОа в мочевину) 62%.
Состав потоков, кг(%): Поток 13 свежей СО 45,833/100 С Поток 1 свежей СОсгна стадию S отделения аммиака 2,112/100 С
(4,6)
Поток 5 свежей С02
в секцию ST43,721/1004
Поток 10 свежего
а моора:
ра а
35,417/25°С
56,000(31,55) 28,125(15,84) 62,500(35,21) 30,875(17,40) Температура 185°С
44,250(25,44) 30,037(17,95) 62,500(37,34) 30,575(18,27) Температура 185 С й ре
11,750(95,92) (1,63) 0,300(2,75)
Температура 185°С
твора секции
9,133(8,22) 10,846(9,77) 62,500(56,28) 28,575(25,73)
Температура
аров из сек
35,117(35,10) 62,919(62,90)
2,000(2,00) Температура 185 С
5
0
5
0 Поток 8 раствора карбамата из нижних секщп : NH,
3 СО ч
9,133(30,64) 10,846(36,39) 9,825(32,97)
Расход пара под давлением 22 бар в системе (десорбционная секция с применением COj) уменьшен до 100 кг на 1000 кг мочевины при умеренных капитальных вложениях в установку для стадии S отделения аммиака. Время контакта CO j с раствором синтеза 7 с. П р и м е р 5. Изменение известных способов без десорбции с полным или
5 частичным рециклом (способы Монтеди- сон, Мицуи Тоацу и др.) для уменьшения расхода энергии. При применении стадии S для отделения аммиака и прямого рецикла аммиака для обработ0 ки раствора мочевины из реактора до первой стадии разложения, небольшое количество аммиака и, следовательно, воды рециркулирует в секции, расположенный в нижней части реактора,
5 улучшая тем самым степень конверсии из реактора с уменьшенным испарением воды. По указанным причинам (высокая степень конверсии, уменьшенное количество рециркулированного карбамата
0 и испаряемой воды) может быть достигнуто сокращение расхода пара под давлением 8-15 бар от батарей до 300кг на 1000 кг мочевины. Время контакта .с раствором синтеза 3с,
П р и м е р 6. Модернизация уста новок, в которых применяют способ Снэмпрогетти для NHj -десорбции, с целью уменьшения расхода энергии и сокращения расходов на обслуживание
Q и эксплуатацию.
Когда применяют стадию S для отделения и рецикла аммиака, осуществляемую вниз по течению от десорб- ционной секции, для удаления излишка
5 аммиака в потоке обработанного раствора мочевины (высокое содержание аммиака в растворе мочевины из реактора способствует отделению карбамата самодесорбцией NHj в десорбционной
9
секции), то небольшое количество ам миака должно рециркулировать в секции, расположенные вниз по течению. Таким образом исключается применени ректификационной колонны для отделения и рецикла чистого аммиака с высокими затратами и высоким расходом энергии. Время контакта с раствором синтеза 8с.
Предлагаемый способ позволяет снизить расход пара высокого давления до 150-190 кг.
Формула изобретения 15
и мочевину, с удалением свободного аммиака И разложением карбамата путем отгонки противотоком свежей двуокиси углерода, отличаю щи й- с я тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, мочев.и- носодержащий раствор обрабатывают в адиабатических условиях 3,8- 10,6%-ной свежей двуокисью углерода от ее общего количества в течение 38 с с возвращением отогнанного аммиака в зону синтеза, а полученный при этом раствор направляют в зону разложения карбамата на контактирование с оставшейся частью свежей двуокиси углерода.
11
i-;
JOi
фиг.{
10
и мочевину, с удалением свободного аммиака И разложением карбамата путем отгонки противотоком свежей двуокиси углерода, отличаю щи й- с я тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, мочев.и- носодержащий раствор обрабатывают в адиабатических условиях 3,8- 10,6%-ной свежей двуокисью углерода от ее общего количества в течение 38 с с возвращением отогнанного аммиака в зону синтеза, а полученный при этом раствор направляют в зону разложения карбамата на контактирование с оставшейся частью свежей двуокиси углерода.
щ и и с я тем, что обработку потока мочевиносодержащего -раствора из зоны синтеза частью потока свежей двуоки- си углерода осуществляют в смесителе типа Вентури, в котором поток свежей двуокиси углерода пропускают в пря2. Способ ПОП.1, отличаю и с я тем, что обработку потока евиносодержащего -раствора из зоны теза частью потока свежей двуоки- углерода осуществляют в смесителе а Вентури, в котором поток свежей окиси углерода пропускают в прямотоке с раствором .мочевины.
/TJ/
L/ sr
/
/«
««3О
фиг. 2
2 71
/
/5
X
3
х
V
фигЭ
| Doayeweerd, Messen Nitrogen Issue, 1983, № 143. |
