Способ получения мочевины Советский патент 1988 года по МПК C07C126/02 

см

1

14281

Изобретение относится к аминосое- динениям, в частности к усовершенст- вованному способу получения мочевины, Целью изобретения является снижение расхода пара.

На фиг, 1-4 представлены технологические схемы осуществления предложенного способа.(буквой R обозначена вся зона синтеза - реакционная soHg, , а буквы STR относятся ко всей зоне разделительной обработки потока, выходящего из R) .

Вся реакционная зона R разделена на,по крайней мере, две реакционные зоны: R, где проходит реакция между свежими реагентами N (обозначающим,

поток свежего NHj) и Ci (обозначаю- щим поток свежего СОг) и рециклизуе- мый поток (газ + жидкость) С + Lt

(или L, с G/1 0) при молярном отно- шении (NHj/COz)/ , давлении Р , темпе- ратуре Тц и получают мочевину с конверсией Q4 ; RH, г Де заве ршается реакция синтеза потока Si из Р с возможным добавлением свежего сырья аммиака N7 и/или двуокиси углерода Cj при молярном отношении () давлении Pj, температуре ТЕ и с выходом Qj. Поток, вытекающий из второй реакционной зоны Рг , подвергается далее количественной обработке STP, также в две стадии разложения карбамата и выделения непрореагировавших соединений, состоящей из: стадии Е, где при заданном рабочем давлении Р& и температуре Тз (кроме времени пребывания) вьщеляют некоторое количество газа G, основную массу его рециклизуют в виде потока G г непосредственно на вторую стадию реакции R, остальную часть Сг, если она есть, направляют по контуру R C и/или непосредственно в первую зону R(; .стадии Ег, на которой поток Sj из первой зоны обработки Е;, обрабатывают при давлении Р, температуре Т4 предпочтительно в противотоке со свежей двуокисью углерода Сг для регенерации всех оставшихся непрореагировав- . ших материалов Cj, которые после частичной конденсации в Ej (работающей при давлении PS и температуре TS с возможным добавлением свежего аммиака N3) рециклизуют в виде смеси пар-жидкость С-ч + L в первую реакционную зону R(. В другом варианте конденсации в Ej может быть полной (С4 О, рецикл РС, Ьд) и часть

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

912

паров Г ( C s) направляют непосредственно в первую реакционную зону R4, Потоки S( из Ег обычно затем обрабатывают в Е, где требуемый конечный продукт Sj выделяют, а раствор Lg рециклизуют в конденсатор Е.

По предложенному способу можно достичь полностью изобаричной схемы, где Р Рг Pj РА Рь , или предпочтительно неизобаричной схемы. Для неизобаричной схемы для преимуществ максимальной эффективности и гибкости RZ и EI можно поддерживать при одном и том же давлении Р Рг РЗ и Р, Е2 и ЕЗ при одном и том же давлении Р Р, Р PS, причем Р вьше Р , Поэтому высокое давление Р поддерживают лишь в Небольшой части установки, что значительно экономит расход энергии и стоимость установки,

В то же время при высоком давлении Pi выбирают высокое значение отношения (NHj/COa.)z для достижения самых высоких выходов,

В соответствии с основными характерными особенностями изобретения, так как обработка по разложению и выделению соединений, иепрореагиро- вавших в EI и Ег, является количественной, эту обработку контролируют таким образом, чтобы как на первой (Е(), так и на второй (Е) стадии можно было непосредственно получать не газовые потоки (С) и (Gj), которые раздельно направляют во вторую и первую реакционные зоны, обеспечивая оптимашьные отношения (NHj/COj), и (NHj/COj) и оптимальные тепловые балансы для достижения максимальных выходов и нужной реакционной температуры,

Пример 1, Неизобарический режим (фиг,2, табл, 1),

В первую реакционную зону Ri, работающую в режиме Р, 160 атм и Ti 182°С, подают 32,32 моль ННз (поток N/I) при 40 °С и смесь жидкость - пар G + LI, содержащую 20 моль СОг, 30,68 моль NHi, 6 моль HjO при 174°С; молярное отношение (NHj/COz)i равно 3,2 и конверсия на выходе Q СОг в мочевину составляет 60%. Раствор мочевины Sx, поступающий во вторую реакционную зону Rj, состоит поэтому из 12 моль мочевины, 8 моль СОг, 40 моль NHs и 18 моль Нг(

Во вторую реакционную зону, работающую в режиме PZ 185 атм и Т 192°С, кроме раствора Si из первой зоны подводимого, например, че- рез насос Р. для преодоления разности давлений (от Р, 160 атм до PI 185 атм), подают пары G«i при ТЭб С, содержащие 2,2 моль СОг и 36 моль NHi и 1 моль НгО, поступающие с пер- БОЙ стадии обработки Е,, также работающей при РЗ 185 атм и Tj Во второй реакционной зоне Кг молярное отношение (NHj/СОг)j составляет 4,5 и выход Ог СОг равен 75%. Раствор мочевины Sj, содержащий 16,66 моль мочевины, 5,54 моль СОг, 66,68 моль Шз и 23,66 моль HjO, поступает на первую стадию обработки Е(, где при РА Pt 185 атм и Tj выделяют .2,2 моль COi, 36 моль NHj и 1 моль НгО, которые направляют непосредственно во вторую реакционную зону Рг. I CTBOP Sa, содержащий 16,66 моль мочевины, 3, 34 моль СОе, 30,68 моль NHj и 22,66 моль НгО, подают на вторую стадию обработки Ее, работающую при Р PI 160 атм и T/i 185 с, где используя 16,66 моль СОг в противо- токе (обозначено Сг), вьщеляют из раствора мочевины 1,84 моль СОг, 27,48 моль NHa и 2 моль HgO.

Газ, поступающий с Ej и содержащий 18,5 моль СОг, 47,48 моль NHi и 2 моль НгО, поступает в конденсатор ЕЗ (конденсатор карбамата), в кото- рьй также поступает раствор SE - 1,5. моль СОг, 3,2 моль NHj и 4 моль НгО, поступающие из системы конечной обработки Е, где последние следы COg и HjO, все еще содержащиеся в растворе Зл, сливаемом из Ег, вьщеляют окончательно. Смешанную фазу (пары + раствор карбамата) + LI при 160 атм и 175 С, образующуюся в конденсаторе Ej, рёциклизуют под действием сил тяжести в первую реакционную зону RA. Она содержит 20 моль СОг, 30,68 молъ NHi и 6 моль HjO.

Изобарический режим (фиг. 3, табл. 2).

В первую реакционную зону R4, работающую при Р 160 атм и Т5 180 С подают 25,82 моль NHj (поток Nt) при и смесь жидкость - пар G-i + L«, содержащую 21 моль СО, 37,18 моль NHj и 6 моль НгО при 175 С; молярное отношение (NHj/COa)i составляет 3,

а конверсия О СОг в мочевину составляет 57%. RiCTBOp мочевины S,, который подают во вторую реакционную зону R, состоит, таким образом, из 12 моль мочевины, 9 моль СОг, 39 моль Шз и 18 моль НгО.

Во вторую реакционную зону RZ, работающую при Рг р4 160 атм и Tj 190°С, подают, кроме раствора Si первой реакционной зоны RI, пары Gч при , содержащие 2,8 моль СОг, 24,7 моль NHa и 1 моль НгО, поступающие с первой стадии обработки Е, также работающей при Р Рг Р« 16 атм и при Тэ 194 с.

Во вторую реакционную зону Rt подают также 7,5 моль NHj (поток Nt) при 40 с, молярное отношение (NHj/ /С0г)г составляет 4; конверсия COg Q2 составляет 70%.

Раствор мочевины Зг , содержащий 16,66 моль мочевины, 7,14 моль COg, 61,88 моль NHj и 23,66 моль H(0, подают на первую стадию обработки Е, где при РЗ Рг 160 атм и Тз выделяют поток С , причем этот поток содерткит 2,8 моль СОе, 24,7 моль NHj и 1 моль HjtO, подают непосредственно во вторую реакционную зону Rj.. вор Sj, содержащий 16,66 моль моче вины, 4,34 моль СОг, 37,19 моль Шз и 22,66 моль НгО, подают на вторую стадию обработки Eg, работающую при Р4 РЗ PI 160 атм и Т4 185 С, где, используя поток Сг, содержащий 16,66 моль СОг в противотоке, вьщеляют из раствора мочевины, 2,84 моль СОг, 33,98 моль NHj и 2 моЛь НгО. Газ Gj, отходящий с Е, состоящий из 19,50 моль СОг, 33,98 моль NHj и 2 моль НгО при Р4 PS Р« 160 атм и при 190 с подают в конденсатор ЕЗ (конденсатор карба мата), в который подают также раствор LI, состоящий из 1,5 моль COt, 3,2 моль NHj и 4 моль HjO, сливаемый из системы конечной обработки.Sf, где окончательно выделяют последние следы СОг и НгО, все еще останщиеся в растворе со стадии Ej. Смещанную фазу (пары + раствор карбамата) G4 + + L« при 160 атм и 175°С, которая образуется на стадии Е, рециклизуют в первую реакционную зону R. Она содержит 21 моль СОг, 37,18 моль NHj, 6 моль НгО..Все потоки циркулируют в изобарической системе под действи ем силы тяжести.

51

. Неиз.обарический режим (полная конденсация в конденсаторе) карбама- та ( фиг. 4, табл. 3).

Как в примере 1, однако с полной конденсацией части рёциклизуемых паров, направляемых в первую реакционную зону R, тогда как остальную часть рёциклизуемых паров рецикли- зуют непосредственно в реактор,

В этом случае только раствор ре- циклизуют.из конденсатора Ej в реактор, без паровой фазы LJ (С 0), а в конденсатор подают только лишь часть газа Сз, часть которого Gj по- дают непосредственно в реактор.

Общий паровой баланс (1 кг на 1 т мочевины) показан в табл. 4.

Как видно из табл. 4, предложен- ный способ позволяет снизить расход пара до 1997-2055 кг на 1 т мочевины против 3179 кг в известном способе.

Формула изобретения

Способ получения мочевины путем взаимодействия аммиака и диоксида углерода при повьш1еннь1х температуре и давлении, избытке аммиака в двух зонах синтеза,с получением плава, содержащего мочевину, карбамат аммония, воду, аммиак, диоксид углерода, который подвергают двухступенчатой дистилляции с возвратом газовой фа- зы первой ступени дистилляции в зо91.6

ну синтеза и направлением жидкой фазы первой ступени во вторую ступень дистилляции, которую проводят в токе диоксида углерода с получением газовой фазы, которую конденсируют и направляют в зону синтеза, и жидкой фазы, содержащей мочевину, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода пара, взаимодействие аммиака и диоксида углерода ведут последовательно в двух зонах - первой зоне при молярном соотношении (3-3,2):1, температуре ISO-ISZ C и давлении 160 атм и во второй зоне при молярном соотношении (4-4,5):1, температуре 190-196 С и давлении 160-185 атм путем дозирования потоков с двух ступеней дистилляции так, чтобы обеспечить указанные соотноше ния реагентов и температуры в реакционных зонах, причем одну часть газовой фазы второй ступени дистилляции, содержащую аммиак и диоксид углерода, подвергают полной конденсации и направляют в первую реакционную зону вместе с другой частью этой газовой фазы или всю газовую фазу этой ступени подвергают конденсации до получения парожидкостной смеси и затем направляют в .первую реакцион- ную зону, а.газовую фазу первой ступени дистилляции, содержащую аммиак и диоксид углерода, направляют непосредственно во вторую реакционную зону.

о n

чО vD i D -t

Изобретение касается основного органического синтеза, в частности производства мочевины из аммиака и диоксида углерода (NHj + СО). Процесс ведут последовательно в двух зонах. В 1-й зоне мольное соот ноше- ние NHj и СОг (3-3,2):1, темпера тура 180-182°С и давление 160 атм, во 2-й - (4-4,5):1, 190-196°С, 160- 185 атм, с получением плава, содержащего мочевину, карбамат аммония. воду, NHj и СОг. Этот плав подвергают двухступенчатой дистилляции с возвратом газовой фазы с 1 ступени в зону синтеза и жидкой фазы во II ступень дистилляции, причем дозирование потоков с двух ступеней ведут так, чтобы обеспечивались указанные соотношения реагентов и температуры в зонах синтеза. Кроме.того, одну часть газовой фазы II ступени (NHj + COi) или совместно с другой частью этой газовой фазы, или всю газовую фазу в этой ступени полностью конденсируют до получения парожидкостной смеси и возвращает в 1-ю зону синтеза. Газовую фазу I ступени диcтRпЛяции (Ш + СОг) возвращают непосредственно во 2-ю зону синтеза. Дистилляцию II ступени ведут в токе СО с получением газовой фазы и Ж1здкой фазы, содержащей мочевину. Эти условия позволяют снизить расход пара с 3179 до 1997-2055 кг/т мочевины, что снижает ее себестоимость. 4 ил., 4 табл. § сл 4 to сх

о

ON

in 00

vO ОЧ

VO

CTN

CM

Ti

f

t

СЫ

00

о f

o

in

CVI

Ю

o

vO vO

o

vO

о in

14

CJ

«00

(T

СЛ

n

CM

in

CM

СЛ

vO

ЛО

«Ч

о I

IN I

-

m

TO

r

ro

vO, VO

CM CS

CO

l

CM

r

t.

-

CM

00

CO

VO

vO vO

en CM

«- 1 VO

I CM СЛ

CvlCTNO CO

-m TII MI

о u

о I n I

M I

Пар высокого давления на турбину 120 атм; ASO C

Пар среднего давления, извлеченный из турбины

Полученный пар

низкого давления

Пар низкого давления, расход на процесс

Итого

Таблица А

621

651

646

А38

445

440

452

.468

472

486 491,5 493 1997 2055,5 2051

Ci

r/V//jWf;Pf.T/iGf

r/2

03 1

/ з Т

r/

jT

/

( I

i/a/;

ifi

«2 I

l f 6;2

1

.

г

/r

1 1

i-Lj

)

Pf Ts

3

1

ss

i-2

Фиг. 1.