Способ получения мочевины Советский патент 1989 года по МПК C07C126/02 

Изобретение относится к способам синтеза мочевины, в частности к получению мочевины, которую используют при производстве удобрений.

Цель изобретения - снижение расхода пара высокого давления.

На чертеже представлена технологическая схема предложенного способа.

На чертеже приняты обозначения: 1 зона синтеза, 2 - зона отпаривания, 3 и 4 - первая н вторая зоны конден-j

сации высокого давления, 5 - зона абсорбции, 6 - зона контакта для контактирования раствора синтеза мо чевины с двуокисью углерода, 7 - 9 - устройства для разделения жидкостей и газов, 10 - теплообменник,11 - зона конденсации карбамата, работающая под низким давлением, 12 и 13 - зоны нагрева первой и второй стадии концентрирования, 14 и 15 - сопутствующие устройства для отделения водяных паров, образующихся в

f 4

сх

9д 4

сн

31

результате концентрирования, 16 - насос для карбамата, 17-20 - снижающие давление клапана, 21 - теплообменник Раствор синтеза мочевины, образованный в зоне 1 синтеза мочевины под давлением 139 атм, температуре 183 С и молярном отношении равном 3,2 и содержащем помимо мочевины и под свободный аммиак и непревращенный карбамат аммония, в количестве 30-50 мас.% (например, 44 мас.%) подают по трубопроводу 22 в зону 6 контакта, где oh контактирует в адиабатических условиях с двуокисью уг- лерода. Остальные 50-70 Мас.% раствора синтеза мочевины по трубопроводу 23 подают в зону 2 отпаривания, расположенную параллельно зоне 6 контакта. Противотоком к раствору синтеза мочевины в зону отпаривания и зону 6 контакта по трубопроводу 24 подают двуокись углерода, сжатую с помощью компрессора (не показан) до давления зоны синтеза (для пассивации можно добавить воздух). Зона 2 отпаривания выполнена в виде трубчатого теплообменника. Теплоту, необходимую для отпаривания, получают за счет конденсации пара высокого давления (21,5 атм) во внетрубной зоне теплообменника. Для улучшения контакта между раствором синтеза мочевины и двуокисью углерода в зоне 6 контакта могут быть предусмотрены пластинки или насадочные материалы. Контактирование жидкости с газом может быть улучшено за счет падающей пленки жидкости. Газовую смесь, образующуюся в зоне 2 отпаривания, содержащую помимо аммиака и двуокиси углерода равновесное количество водяных паров, отводят по трубопроводу

25вместе с использованной для отпаривания двуокисью углерода. Из зоны 6 контакта по трубопроводу 26 отводят газовую смесь, содержащую выделенный из раствора синтеза мочевины аммиак, часть поданной двуокиси углерода и небольшое количество воды. Отводимые по трубопроводам 25 и

26газовые смеси по трубопроводу 27 пропускают во внетрубное пространство первой зоны 3 конденсации, выполненной в виде горизонтально расположенного конденсатора с погруженными трубами, в этой зоне происходит их частичная конденсация в раствор карбамата. По трубопроводу 28 в

0

0

5

,

0

5

0

5

0

5

первую зону 3 конденсацни подают разбавленный раствор карбамата, полученный в результате абсорбции аммиака- и двуокиси углерода из газовой смеси, содержащей инертные газы и отведенной по трубопроводу 29 из зоны 1 синтеза. Тепло, выделяемое при образовании такого разбавленного раствора карбамата, используют для предварительного нагрева жидкого аммиака, поступающего по трубопроводу 30. В этом случае может быть предусмотрен теплообменник 21, в который по цепи 21а передают тепло, выделяющееся в зоне 5 абсорбции. Время пребывания реакционной смеси в первой зоне 3 конденсации выбирают таким, чтобы в этой зоне из карбамата образовывалась мочевина в количестве 30% от равновесного количества мочевины, достижимого в условиях реакции, т.е. раствор содержит 20 мас.% мочевины. Тепло, выделяющееся в первой зоне конденсации, может быть использовано для разложения карбамата в обогащенном двуокисью углерода растворе синтеза мочевины. В этом случае раствор, отводимый по трубопроводу 31 из зоны 6 контакта, доводят до давления в 12-30 атм с помощью снижающего давление клапана 17 и образовавшуюся смесь вводят в сепаратор 7 для разделения жидкости и газа. Полученную в результате жидкую фазу, представляющую, собой в основном водный раствор мочевины с примесью биурета, аммиака и карбамата, отводят по трубопроводу 32, а газовую фазу, представляющую собой смесь, содержащую в основном аммиак, двуокись углерода и водяные пары, по трубопроводу 33. Жидкую фазу, отведенную по трубопроводу 32 из сепаратора 7, направляют затем под одинаковым или более низким,чем в сепараторе 7, давлением на теплообмен с раствором мочевины с кар- баматом, полученным в первой зоне 3 конденсации, после него часть всего количества карбамата, присутствующего в растворе со сниженным дав лением, разлагают на аммиак и двуокись углерода. Можно также отводить епло, выделяющееся в первой . зоне 3 конденсации, с помощью других потоков процесса или воды, ко- торую в результате превращают в пар низкого давления. Из первой зоны 3

конденсации по трубопроводу 34 отводят несконденсировавшуюся часть газовой смеси, которую подают во вторую зону 4 конденсации высокого давления, а по трубопроводу 35 в зону 4 подают полученный в зоне 3 раствор карбамата, В этой зоне происходи дальнейшая конденсация подаваемой по трубопроводу 34 газовой смеси в карбамат. Вьщеляющееся при этом тепло отводят с помощью воды, которая в результате превращается в пар низкого давления (4-9 атм). Раствор карбамата, полученный во второй зоне 4 конденсации высокого давления, а также несконденсировавшуюся часть (в случае наличия таковой), содержащую аммиак, двуокись углерода и водяные пары, направляют по.трубопроводу 36 в зону 1 синтеза.

Смесь жидкости с газом, полученную в результате теплообмена в первой зоне 3 конденсации высокого давления, пропускают по трубопроводу 37 в сепаратор 8 для разделения жидкости и газа (смесь содержит аммиак, двуокись углерода и водяные пары), а по трубопроводу 39 отводят образовавшуюся жидкую фазу, представляющую собой раствор мочевины с примесью карбамата.

С помощью снижающего давление клапана 18 давление на жидкую фазу снижают до давления на второй из последующих стадий разложения, т.е. обычно до 5 атм, и образовавшуюся при снижении давления смесь жидкости и газа подают в сепаратор 9 для разделения жидкости и газа. Давление на отпаренный раствор синтеза мочевины с помощью снижающего давление клапана 19 также снижают до давления во второй из последующих стадий разложения (например, до 5 атм), и образовавшуюся смесь жидкости с газом по трубопроводу 40 подают в сепаратор 9.

По трубопроводу 41 из сепаратора 9 отводят раствор мочевины, все еще содержащий карбамат, который разлагают в теплообменнике 10, нагреваемом паром низкого давления, после чего раствор мочевины по трубопроводу 44 подают в зону 12 нагрева первой стадии концентрирования. Зона 12 нагрева может быть выполнена,на- пример, в виде вертикального трубчатого теплообменника, через трубы

5

10

15

948646

которого пропускают прелназначенньпЧ для концентрирования раствор моче-,, вины. Газовую фазу, полученную в сепараторе 9, представляющую собой смесь аммиака, двуокиси углерода и водяных паров, отводят по трубопроводу 43 и пропускают вместе с газовой смесью, содержащей аммиак, двуокись углерода и водяные пары, полученной в теплообменнике 10 и отведенной из него по трубопроводу 42, в зону 11 конденсации низкого давления, в которой конденсируют с подаваемым по трубопроводу 54 водным раствором,например конденсатом обработки. Полученный в зоне 11 конденсации низкого давления раствор карбамата пропускают по трубопроводу 45 во внетрубное пространство зоны 12 нагрева. В него же противотоком относительно предназначенного для концентрирования раствора мочевины подают газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и водяные пары и полученную объединением потоков 33 и 38. Подачу раствора карбамата предпочтительно проводят в точке, расположенной между местом подачи предназначенного для концентрирования раствора мочевины и местом подачи конденсируемой газовой смеси. При конденса-у1и таким путем газовой смеси за счет подаваемого по трубопроводу 45 раствора карбамата вьще- ляется тепло в количестве, достаточном для удовлетворения тепловых потребностей на первой стадии концентрирования, на которой раствор моче20

25

30

35

0

вины, подаваемой по трубопроводу А1

и содержащий 70-75 мас.% мочевины, концентрируют до содержания 85 - 95 мас.% мочевины.

Раствор карбамата, образовавшийся при конденсации газовой смеси во внетрубной зоне теплообменника 12 первой стадии концентрирования, отводят по трубопроводу 46, с помощью насоса 16 давление доводят до давления зоны синтеза и по трубопрого- ду 47 подают в зону 5 абсорбции. Водяные пары из смеси концентрированного раствора мочевины, а также водяные пары, удаляемые по трубопроводу 48 с первой стадии концентрирования, 5 отводят по трубопроводу 49 из сепаратора 14 для отделения воды, в то время как концентрированный раствор мочевины пропускают по трубопровопу

0

50 в зону 13 нагрева второй стадии концентрирования. Смесь расплава мочевины, не содержащего воды, и водяных паров пропускают по трубопроводу 51 в сепаратор 15 для отделения воды, из которого по трубопроводу 52 отводят водяные пары, а по трубопроводу 53 - расплав мочевины, не содержащий воды. Расплав превращают, например, в гранулы или раствор мочевины с нитратом аммония. Водяные пары со стадий концентрирования концентрируют и полученный конденсат - обработки частично или полностью обрабатывают обычным способом с целью извлечения из него мочевины и аммиака, после чего его отбрасьшают.

Пример. Мочевину получают в три стадии разложения на установке производительностью 1000 т в день Давление в находящейся под высоким давлением части установки 139 атм, на второй стадии разложения 21,5 атм и на последней стадии разложения 5 атм.

В зону 3 конденсации высокого давления подают 23611 кг NH, нагретых до и 41647 кг раствора карбама- та с температурой 165 С,.содержащего 17381 кг СО-г, 17466 кг NH, и 679 кг . Температура в зоне 1 реакции равна 183°С, молярное отношение NHj/CO составляет 3,2. В зону 2 отпаривания подают раствор синтеза мочевины (68,202 кг), который отпаривают с помощью 16530 кг СО при одновременной подаче тепла. По трубопроводу 40 из зоны отпаривания отводят раствор, содержащий 22541 кг мочевины, 3323 кг COj, 12524 кг NH, и 10146 кг HjO, по трубопроводу 25 отводят газовую смесь, содержащую 25149 кг Ср2, 19904 кг Ш, и 1145кг . В зону 6 контакта подают 54092 кг раствора синтеза мочевины, который обрабатывают 14025 кг СО. Из нижней части зоны 6 контакта отводят раствор, содержащий 19222 кг мочевины, 11562 кг СО, 10619 кг NH, и 8874 кг . Из верхней части той же зоны отводят газовую смесь, содержащую 10949 кг СО, 6407 кг. NH, и 484 кг воды. Давление на удаленный из зоны контакта раствор затем снижают до 22 атм. В результате в сепараторе 7 для разделения жидкости и газа получают 4234 кг газовой смеси, содержащей 2715 кГ СО, 1375 кг NHj

и 144 кг , которую отводят по трубопроводу 33. Кроме того, получают 46043 кг жидкой фазы, содержащей 19221 кг мочевины, 8847 кг COj, 9244 кг NH, и 873 кг .

Газовую смесь, отведенную из зоны 2 отпаривания и по трубопроводу 27 из зоны 6 контакта, частично конденсируют в первой зоне 3 конденса1;ии высокого давления с получением 86196 кг раствора карбамата. Время пребывания смеси в этой зоне подбирают таким, чтобы в указанном растворе образовалось 17234 кг мочевины, раствор также содержит 24989 кг СО, 31404 кг NH, и 12543 кг . Еще одну порцию несконденсировавшейся газовой смеси конденсируют во второй зоне 4 конденсации высокого давления, так что в зону 1 синтеза подают раствор, содержащий 34336 кг СО,

5

0

0

5

0

5

42702 кг NH мочевины.

3 вместе

13126 кг и

кг HjO.

17234 кг

с газовой смесью, J

содержащей 6506 кг COi, 14931 кг NH

и 463

Тепло, вьщеляющееся в зоне 3 конденсации высокого давления, отводят за счет разложения присутствующего в

жидкости карбамата на ННз и СО. После разделения полученной в результате реакции смеси на жидкую и газовую фазу под давлением 21,5 атм и температуре 159°С по трубопроводу 38 отводят поток газа, содержащий 768t кг СО, 6616 кг ННз и 1546 кг , а по трубопроводу 39 - раствор, который кроме 19126 кг мочевины содержит 1056 кг СО, 2684 кг NH и 7156 кг . Этот раствор и раствор, отведенный из зоны 2 отпаривания, доводят до давления 5 бар, и полученную смесь пропускают в сепаратор 9 для разделения жидкости и газа. По трубопроводу 43 в зону 11 конденсации пропускают газовую смесь, содержащую 2805 кг COj, 2308 кг NH и

.

В гешюобменнике о

10 на1081 кг

гревают до 130°С раствор, отведенный по трубопроводу 41 и содержащий 41667 кг мочевины, 1574 кг СО, 2900 кг NH, и 16221 кг . В результате по трубопроводу 42 отводят газовую смесь, содержащую 872 кг СО, 882 кг КНэ и 520 кг . Для конденсации газовой смеси, подаваемой в зону 11 конденсации низкого давления по трубопроводам 42 и 43, трубопроводу 54 подают конденсат обработки

(5920 кг), содержащий 702 кг СО, и

2018 кг NH. После снижения давления с помощью снижающего давление клапана 20 по трубопроводу 44 поступает раствор мочевины с температурой 130 С, содержащий 41667 кг мочевины, 702 кг СО,, 2018 кг NH

1

и

;15701 кг HjO, который пропускают в 19ону 12 нагрева первой стадии концентрирования. Необходимую для концентрирования теплоту получают за счет конденсации объединенных газовых потоков 33 и 38 во внетрубном пространстве зоны 12 нагрева, при этом используют раствор карбамата, полученный на стадии низкого давления и подаваемый по трубопроводу 45, который содержит 4379 кг СО, 5208 кг

NH и 4802 кг

Н,0 и

имеет температуру 60 С. Из зоны 12 нагрева смесь жидкости с газом отводят в сепаратор 14 для разделения жидкости, из которого под давлением 0,38 бар и температуре 130°С по трубопроводу 50 отводят 43871 кг водного раствора мочевины, содержащего 41667 кг мочевины, 2193 кг и следы NHj. В зону 2 отпаривания подают под давлением 23,5 бар и 20300 кг водяного пара, что соответствует 487 кг на 1 т полученной мочевины. Во второй зоне 4 конденсации высокого давления получают 17800 кг пара низкого давления (5 атм). Из этого количества 2600 кг используют в теплообменнике 10 и 2630 кг - в зоне 13 нагрева второй стадии конденсации. Остальное количество используют для установки паровых эжекторов необходимого вакуума в сепараторах 14 и 15 для отделения водяного пара и в установке для очистки обработанной воды (не показана).

45

Таким образом, в предложенном способе на 1 т полученной мочевины необходимо 487 кг пара под давлением 23,5 атм, тогда как по известному (Способу требуется 680-720 кг пара под давлением 25 атм, что позволяет сии- эить энергозатраты.

1494864

Формул

а

изобретения

10

15

,

20

25

30

35

40

45

д

Способ получения мочевины взаимодействием аммиака с двуокисью углерода при молярном соотношении 3,2:1 температуре 183 с и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, содержащего карба- мат и свободный аммиак, который направляют на стадию разложения, работающую под давлением зоны синтеза, и разлагают часть карбамата аммония с испол,ьзованием отпаривания двуокисью углерода с одновременной подачей тепла, полученную при этом газовую смесь конденсируют в зоне конденсации получаемый конденсат и несконденсировавшуюся часть газовой смеси рецир- кулируют в зону синтеза, а раствор мочевины, еще содержащий карбамат аммония стадии разложения, разлагают в двух последующих стадиях разложения с отделением образовавшейся газовой смеси, причем на первой из последующих стадий разложения устанавливают давление 21,5 атм и подводят тепло, а на второй из последующих стадий разложения устанавливают давление 5 атм, оставшийся при этом мочевиносодержащий раствор испаряют с получением концентрированного раствора мочевины, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, на стадии разложения под давлением зоны синтеза часть раствора синтеза мочевины подвергают отпариванию с двуокисью углерода с одновременной подачей тепла, а другую часть раствора синтеза мочевины кон- тактируют в адиабатических условиях с двуокисью углерода противотоком, полученные при этом газы смешивают в зоне конденсации, раствор мочевины, полученный в результате обработки в адиабатических условиях, подают на первую из последующих стадий разложения, а раствор, полученный в результате обработки при подаче тепла, подают на вторую из последующих стадий разложения.

29

,

-J.r4 X-J b/5

Изобретение относится к амидосодержащим соединениям ,в частности, к получению мочевины, которая используется в производстве удобрений. Цель - снижение расхода пара высокого давления. Получение мочевины ведут из аммиака и двуокиси углерода при молярном соотношении 3,2:1, температуре 183°С и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, который идет на стадии дальнейшей обработки. На первой из последующих стадий разложения устанавливают давление 21,5 атм и подводят тепло, а на второй из последующих стадий разложения устанавливают давление 5 атм. На стадии разложения под давлением зоны синтеза часть раствора синтеза мочевины подвергают отпариванию с двуокисью углерода с одновременной подачей тепла (в дальнейшем этот раствор мочевины направляют на вторую из последующих стадий разложения). Другую часть раствора синтеза мочевины контактируют в адиабатических условиях с двуокисью углерода противотоком (раствор мочевины направляют на первую стадию разложения). Полученные газы смешивают в зоне конденсации. 1 ил.