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

Изобретение относится к способам получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода, которую используют в производстве удобрений, полимеров.

Цель изобретения - снижение расхода пара высокого давления.

На чертеже изображена схема получения мочевины.

На чертеже приняты обозначения: 1 - зона синтеза, 2 - зона отпаривания, 3 и .4 - первая и вторая зоны конденсации высокого давления, 5 - зона абсорбции, 6 и 7 - устройства для разделения жидкостей и газов, 8 - зона контактирования жидкостей и газов, 9 - устройство для разделения жидкости и газа, 10 - теплообменник, 11 - зона конденсации карбамата, работающая под низким давлением, 12 и 13 - зоны нагрева для первой и второй стадий концентрирования, 14 и 15 - сопутствующие устройства для отделения водяных паров, образующихся при концентрировании, 16 - насос для карбамата, 17, 17а, 18 и 18а - снижающие давление клапаны.

Раствор синтеза мочевины, полученный в зоне 1 синтеза мочевины под давлением 139 атм, при 183°С и молярном отношении NHj/COj равном 3,2 и содержащий помимо мочевины и- воды свободный аммиак и непревращенный карбамат аммония, подают по трубопроводу 19 в зону 2 отпаривания. Противотоком раствору синтеза моче4:ь

Ф 4аь

00 Ф

сл

см

19

15

20

25

3U94865

вины по трубопроводу 20 в зону 2 отпаривания пропускают двуокись углерода, сжатую с помощью компрессора (не показан) до давления зоны синтеза (для пассивации можно добавить воздух). Зона 2 отпаривания может быть вьтолнена в в}оде вертикального теплообменника трубчатого типа. Тепло, необходимое для отпаривания, получают за счет конденсации пара вы- сокого давления (18,5 атм) во вне- трубной зоне тегшообменника. Выделившуюся газовуй смесь, содержащую помимо аммиака и двуокиси углерода равновесное количество водяного пара и необходимую для отпаривания двуокись углерода, направляют по трубопроводу 21 в первую зону 3 конденсации (горизонтальный конденсатор с погруженными трубами) и частично конденсируют в раствор карбамата. По трубопроводу 24 в первую зону 3 конденсации подают разбавлен- ньй раствор карбамата, полученный в результате абсорбирования аммиака и двуокиси углерода из инертных газов, отводимых по трубопроводу 25 из зоны 1 синтеза. Тепло, выделяющееся в ходе образования разбавленного раствора карбамата, используют для предварительного подогрева поступающего по трубопроводу 26 жидкого аммиака. В этом случае может быть установлен теплообменник 27, в который через цепь 28 может быть передано тепло, выделивщееся в зоне 5 абсорбции. Время пребывания реакционной смеси в первой зоне 3 конденсации выбирают таким, чтобы в этой зоне из карбамата образовалось по меньшей мере 30% мочевины в пересчете на равновесное количество мочевины, способное образоваться в превалирующих условиях (например, 20 мас.%). Тепло, вьаделившееся в первой зоне 3 конденсации, может быть использовано для разложения дополнительных количеств карбамата, все еще присутствующего в отпаренном растворе синтеза мочевины. В этом случае с помощью снижающего давление клапана 17 на раствор, отводимьй по трубопроводу 29 из зоны 2 отпаривания, взаимодействуют давлением (примерно 29,3 атм), полученную смесь вводят в сепаратор 6 для разделения жидкости и газа. Образовавшуюся в результате жидкую фазу в виде водно30

35

40

45

50

55

г т у

с

п д п к м ч л г ч ам о в д к п с гю о к з

к с п д е

в с щ в в

- п п д д г ву ву ки б ст к

9

5

0

5

0

5

0

5

0

5

го раствора мочевины, содержащего также биурет, аммиак и двуокись углерода, отводят по трубопроводу

30,а газовую фазу в виде смеси, содержащей аммиак, двуокись углерода и пары воды - по трубопроводу

31.Жидкую фазу, выделенную из сепаратора 6 по трубопроводу 30, подают через снижающий давление клапан 17а на теплообмен с раствором карбамата, полученным в первой зоне 3 конденсации, при этом давление равно или ниже, чем давление в момент снижения давления для того, чтобы разложить дополнительные количества карбамата, присутствующего в отпаренном растворе синтеза мочевины со сниженным давлением, на аммиак и двуокись углерода. Также можно отво,ьлть тепло, выделяющееся в первой зоне конденсации, с помощью других потоков процесса или воды, которую в результате превращают в пар низкого давления. Несконденсировавшуюся часть газовой смеси гюдают в первую зону 3 конденсации. Из первой зоны конденсации отводят образовавимйся в этой зоне раствор карбамата, который подают во вторую зору 4 конденсации высокого давления

8этой зоне происходит дальнейшая конденсация подаваемой газовой смеси в раствор карбамата. Выделяющееся при этом тепло отводят с помощью воды, которая в результате пр евраща- ется в пар низкого давления (4 9атм). Полученный со второй зоне

ft конденсашш высокого давления раствор карбамата и несконденсировавшую- ся часть подаваемой газовой смеси (в случае наличия таковой), содержащей аммиак, двуокигь углерода и пары воды, пропускают по трубопроводу 32 в зону 1 синтеза.

- Смесь жидкости с газом, которую получают в результате теплообмена в первой зоне 3 конденсации высокого давления и отводят по трубопроводу 33, поступает в сепаратор 7 для разделения жидкости и газа, ия которого по трубопроводу 34 отводят газовую фазу, представляющую собой газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды, а по трубопроводу 35 - жидкую фазу, пред- ставлякхцую собой содержащий карбамат раствор мочевины. Полученную жидкую фазу подают по трубопроводу 35

в зону 8 контакта, в которой она контактирует с газовой фазой, отводимой по трубопроводу 31 из сепаратора 6. Избыток аммиака в жидкой фа зе удаляют с помощью обогащенной двуокисью углерода газовой смеси, так что поступающая по трубопроводу 36 из зоны контакта жидкая фаза в относительно меньшей степени обогащена аммиаком. Отводимый из зоны 8 контакта раствор мочевины, все еще содержащий карбамат, подают по трубопроводу 36 через клапан 18, снижающий давление до 5 атм, в сепаратор 9, из которого по трубопроводу 37 отводят раствор мочевины. Все еще присутствующий в этом растворе карбамат разлагают в теплообменнике 10, который нагревают паром низкого давления, после чего раствор мочевины подают по трубопроводу 38 и через клапан 18а для снижения давления в зону 12 нагрева первой стадии концентрирования. Зона 12 нагрева может быть вьтолнена в виде вертикального трубчатого теплообменника. Предназначенный для концентрирования раствор мочевины подают по трубам.

Газовую фазу, полученную в сепараторе 9 и представляющую собой газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды, объединяют с газовой смесью, содержащей аммиак, двуокись углерода и пары воды, полученной в теплообменнике 10 и отведенной по трубопроводу 39, после чего объединенную газовую смесь при моляриом отношении NHj/CO равном например, 4,1 пропускают по трубопроводу 40 в зону 11 конденсаьщи низкого давления и конденсируют в этой зоне с водным раствором, например, конденсатом обработки, подаваемым по трубопроводу 41 Полученный в зоне 11 конденсации низкого давления раствор карбамата пропускают по трубопроводу 42 во вне- трубную зону зоны 12 нагрева. Кроме того, в нее же по трубопроводу 43 подают газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды и полученную объединением потоков 34 и 44. В теплообменнике 12 конденсируемые газовые смеси направлены противотоком к испаряемому раствору мочевины.

В ходе конденсации подаваемой по трубопроводу 38 газовой смеси с по

. 4948656

мощью раствора карбамата, подаваемого по трубопроводу 42, выделяется ,. тепло в количестве, достаточном для удовлетворения тепловых затрат на первой стадии концентрирования, на которой раствор мочевины, содержащий 70-75 мас.% мочевины, концентрируют до содержания мочевины 85 95 мас.%. Раствор карбамата, образующийся при конденсации газовой смеси во внетрубной зоне теплообменника 12 первой стадии концентрирования, отводят по трубопроводу

15 45, с помощью насоса 16 сжимают до давления зоны синтеза и по трубопроводу 46 пропускают в зону 5 аб- I сорбции. Пары воды концентрированного раствора мочевины и пары

2Q воды, отводимые по трубопроводу 47 с первой стадии концентрирования, отделяют в сепараторе 14 и отводят по трубопроводу 48, концентрированный раствор мочевины пропускают по

25 трубопроводу 49 в зону 13 нагрева второй стадии концентрирования 33. Смесь не содержащего воду расплава мочевины и образовавшихся при этом паров воды пропускают по трубопроводу 50 в сепаратор 15 для отделения воды, из которого пары воды отводят по трубопроводу 51, а по трубопроводу 52 отводят расплав мочевины, не содержавд1Й воды.

Пример. Мочевину получают в три стадии разложения на установке производительностью 1000 т в день. Давление в находящейся под высоким давлением части установки 139 атм после снижения давления с помощью понижающего давление клапана 18,5 атм, на второй стадии разложения после понижающего давление клапана 17а 18,5 бар и на последней стадии разложения 5 атм. В зону 3

30

35

40

50

45

конденсации высокого давления подают 23611 кг Шз нагретый до 40 С, и 31402 кг раствора карбамата при °C, содержащего 13598 кг СО, 11727 кг NH, и 6077 кг . Температура в зоне 1 реакции 183°С, молярное отношение ,2 составляет 3,2. В зону 2 отпаривания подают 118548 кг раствора синтеза мочевины, который отпаривают с помощью 305566 кг COg при одновременной подаче тепла. Из зоны 2 отпаривания отводят раствор, содержащий 41876 кг мочевины, 13445 кг СО-, 11608 кг

, и 1864 кг , и газовую смесь

N11

содержащую 36005 кг СО, 25990 кг NH, и 1540 кг . Затем давление на отпаренный раствор синтеза мочевины снижают до 29,3 атм. В результате в сепараторе 6 для разделения жидкости и газа получают 4444 кг газовой смеси, содержащей 3561 кг СО,, 730 кг NH, и 153 кг , которую отводят по трубопроводу 31. Кроме того получают 81124 кг жидкой фазы, содержащей 41876 кг мочевины, 9883 кг СО, 10878 кг NH, и ,18487 кг .

Газовую смесь, отведенную из зоны отпаривания, частично конденсируют в первой зоне 3 конденсации высокого давления, получая 79713 кг раствора карбамата. Время пребывания смеси в этой зоне выбирают таким, чтобы в растворе образовалось 15943 кг мочевины, раствор также содержит 23194 кг COj, 29980 кг NH,и 11596 кг . Другую часть несконденсировавшейся газовой смеси конденсируют во второй зоне и конденсации высокого давления, в результате чего в зону синтеза подают раствор, содержащий 33752 кг СО, 41419 кг NH, 12250 кг и 15943 кг мочевины, и газовую смесь, содержащую 660 кг СО, 15222 кг NHj и 451 кг .

Вьщелившееся в первой зоне 3 конденсации высокого давления тепло отводят с помощью потока 33 жидкости в котором происходит дальнейшее разложение присутствующего в нем карбамата на Ш, и СО. После разделения полученной смеси под давлением в 18,5 атм при 155°С на жидкость и газ по трубопроводу 34 поступает газовый поток, содержащий 7559 кг СО, 5374 кг Ш, и 1472 кг , а по трубопроводу 35 - раствор, который помимо 41667 кг мочевины содержит 2478 кг COj, 5622 кг Ш, и 16932 кг . В зоне 8 контакта осуществляетс противоточное контактирование раствора с газовым пото| ом, отводимым по трубопроводу 31. В результате контактирования по трубопроводу 44 отводят газовый поток, содержащий 3006 кг СО,. 1536 кг NH, и 470 кг .прн 154 С, а по трубопроводу 36 - раствор, содержащий помимо 41667 кг мочевины 3033 кг СО, 4816 кг NHj и 16643 кг НдО. Содержащий мочевину раствор далее обрабатывают под дав0

5

0

5

0

5

лением 3 атм с целью разложения все еще присутствующего в растворе карбамата. В результате по трубопроводу 43 отводят газовую смесь, содержащую 2368 кг СО, 2781 кг NH, и 1289 кг . Для конденсации этой газовой смеси по трубопроводу 41 подают конденсат обработки (5546 кг), содержащий 665 кг СО и 2033 кг NH. Полученный в теплообменнике 10 раствор мочевины при 20°С, содержащий 41667 кг мочевины, 663 кг С02,2033 кг NH и 13343 кг , пропускают по трубопроводу 38 и снижающий давление клапан 18а в зону 12 нагрева первой стадии испарения. В ходе снижения давления с помощью понижающего давления клапана 18а температура падает до 73°С. Необходимую для концентрирования теплоту получают за счет конденсации во внетрубном пространстве зоны 12 нагрева объединенных газовых потоков 34 и 44 пропусканием противотоком к раствору мочевины, при этом используют раствор карбамата, полученный на стадии низкого давления и подаваемый по трубопроводу 42 и содержащей 3033 кг СО, 4816 кг Ш и 4134 кг (температура ). Из зоны 12 нагрева смесь жидкости с газом отводят в сепаратор 14 для разделения жидкости и газа, из которого под давлением 0,38 атм при температуре 130°С по трубопроводу 49 отводят водный раствор мочевины, содержащий 41667 кг мочевины.

2194 кг

и 12 кг NH,

В зону 2 отпаривания на 1 т обра-

зунщейся мочевины подают 437 кг на- сып;енного пара под давлением 19,6 атм и при 211°С. Во второй зоне 4 конденсации высокого давления на 1 т мочевины образуется 4443 кг пара низкого давления (3 атм). Из этого количества 82 кг используют в теплообменнике 10 и 13 кг в зоне 13 нагрева второй стадии концентрирования. Остальное количество используют для

установления с помощью паровых эжекторов вакуума в сепараторах 14 и 15 для отделения водяного пара и в установке для очистки отработанной воды (не показана).

Таким образом, в предложенном способе на 1 т полученной мочевины необходимо 437 кг/т водяного пара давлением 20 атм, при зтом получают

91494865

низкого давления (Ь атм) в костве 300 кг/т, тогда как по пропу необходимо истратить 596 кг/т выского давления, а получают низкого давления только 130 кг/т тм).

с ны с л т ра ра ва но мо те па че ди дл ли и зо га та ны да из

Формула изобретения

Способ получения мочевины взаимодействием аммиака с двуокисью углерода при молярном соотношении 3,2:1 температура 183°С и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, содержащего свободный аммиак и карбамат аммония, который подвергают разложению под давлением зоны синтеза при одновременной подаче тепла для разложения части карбамата и удалению образовавшихся газов отпариванием с двуокисью углерода, полученную при этом газовую смесь конденсируют в зоне конденсап

0

5

0

ся газовой смоси и раствора мочевины, причем на первой из последующих стадий разложения устанавливают давление 18,5 атм и подводят тепло, оставшийся ггосле разложения карбамата раствор, содержащий мочевину, обрабатывают далее на стадиях упаривания с получением концентрированного раствора мочевины или твердой мочевины, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, раствор мочевины, полученный после первой стадии разложения подвергают обработке для разложения в нем остаточных количеств карбамата в зоне конденсации и после удаления образовавшихся газов направляют на контактирование с газовой смесью, полученной в результате понижения давления над отпаренным раствором синтеза мочевины до давления, равного давлению в первой из последующих стадий разложения, и

Изобретение относится к амидосодержащим соединениям ,в частности, к получению мочевины, которая используется в производстве удобрений, полимеров. 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 подвергают дальнейшей обработке. На первой из последующих стадий разложения устанавливают давление 18,5 атм и подводят тепло. Конденсацию газовых смесей ведут при 146-147°С, конденсат рециркулируют в находящуюся под указанным давлением зону синтеза. 1 ил.

ции, конденсат и несконденсировавшую- 25 направляют раствор на вторую стадию

ся часть газовой смеси рециркухгируют в зону синтеза, оставшуюся часть карбамата в отпаренном растворе синтеза разлагают в двух последующих стадиях разложения при пониженном давлении с отделением образовавшей30

разложения, а полученную проконтак- тированную газовую смесь затем отводят из зоны контакта и конденсируют при температуре от 145 до 117 С,конденсат рециркулируют в находящуюся под указанным давлением зону синтеза

25

разложения, а полученную проконтак- тированную газовую смесь затем отводят из зоны контакта и конденсируют при температуре от 145 до 117 С,конденсат рециркулируют в находящуюся под указанным давлением зону синтеза.