СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДА Советский патент 1995 года по МПК C07C273/04 

Изобретение относится к способам получения карбамида из аммиака и диоксида углерода.

Снижение энергетических затрат достигается предложенным способом получения карбамида путем взаимодействия аммиака и диоксида углерода при повышенных температурах и давлениях, по крайней мере, в двух зонах синтеза, в первую из которых подают потоки свежих аммиака и диоксида углерода, с образованием потоков плава синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода, разложения карбамата в потоках плава синтеза карбамида при подводе тепла на нескольких ступенях при понижении давления с образованием концентрированного карбамида и газовых потоков, абсорбции газовых потоков водными абсорбентами с образованием водного раствора УАС, рециркуляции водного раствора УАС в иные, нежели первая, зоны синтеза, причем в этом способе в первой зоне синтеза поддерживают мольное отношение NН₃: CO₂ в пределах от 2,8 до 4, а в остальных зонах синтеза в пределах от 4 до 5,6.

В рамках предложенного способа можно проводить процесс с использованием любого числа зон синтеза, в одну из которых вводят только свежие реагенты (т. е. вводят воду), а остальные свежие и рециркулируемые (последние содержат воду)). Предпочтительным является проведение процесса в двух или трех зонах синтеза. В первом случае весь рециркулируемый раствор УАС вводят во вторую зону синтеза. Во втором случае процесс предпочтительно осуществляют следующим образом: раствор УАС, полученный при абсорбции газовых потоков, выделенных при разложении карбамата аммония в плаве первой зоны синтеза карбамида, pециркулируют во вторую зону синтеза: раствор УАС, полученный при абсорбции газовых потоков, выделенных при разложении карбамата аммония в плаве второй и третьей зон синтеза карбамида рециркулируют в третью зону синтеза.

В результате исследований систем синтеза карбамида нами было установлено, что, если в первой зоне синтеза поддерживать не более высокий, а более низкий, чем во второй зоне избыток аммиака, то это приводит к повышению общей конверсии исходного сырья, уменьшению количества непрореагировавших веществ и снижению энергозатрат.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами и приложенными фигурами. Примеры 1 и 2 фиг. 1 описывают проведение процесса с использованием двух зон синтеза при различных соотношениях NH₃:CO₂, пример 3 и фиг. 2 с использованием трех зон синтеза.

В примерах количества реагентов даны в кг/ч.

П р и м е р 1. В соответствии с фиг. 1 в реактор 1 потоками 2 и 3 подают 44000 СO₂ и 68000 NН₃, что соответствует мольному соотношению NH₂:CO₂, равному 4. Газообразный поток СO₂ содержит 278 инертов.

Процесс синтеза карбамида осуществляют при температуре 185^оС и давлении 185 кгс/см². При этом достигается степень превращения диоксида углерода 76% и в реакторе образуется реакционная смесь, содержащая 45600 СO(NH₂)₂, 10560 CO₂, 42160 NH₃ и 13680 Н₂O. Из реактора 1 потоком 4 выводят газообразные неконвертированные реагенты 17680 NH₃ и 278 инертов. Жидкий плав синтеза карбамида, содержащий 45600 СO(NH₂)₂, 10560 СO₂, 24480 NH₃ и 13680 Н₂O (поток 5), направляют в колонну 6 первой ступени обработки плава, осуществляемой при давлении 18 кгс/cм².

Во второй реактор 7 потоком 8 направляют раствор УАС, образованный в результате абсорбции водными абсорбентами газовых потоков со стадий разложения карбамата, содержащегося в жидком плаве обоих реакторов синтеза карбамида. Этот поток содержит 21120 СO₂, 21964 NH₃ и 11192 Н₂O. Потоком 9 в реактор 7 вводят 22880 свежего СO₂, который содержит 144 инертов, потоком 10 вводят 73236 NH₃.

Мольное соотношение NH₃:CO₂:H₂O в реакторе поддерживают, таким образом, равным 5,6: 0,622, и синтез карбамида ведут при тех же температуре и давлении, что и в реакторе 1. Степень превращения диоксида углерода в карбамид в реакторе 7 составляет 76% Реакционная смесь из реактора 7 содержит 45600 СO(NH₂)₂, 10560 СO₂, 69360 NH₃, 24874 Н₂O. Потоком 11 из реактора 7 выводят газовую фазу, содержащую 44472 NH₃, 144 инертов. Жидкий плав из реактора, содержащий 45600 СO(NH₂)₂, 10560 СO₂, 24888 NH₃ 24874 Н₂O потоком 12 направляют в колонну 6 совместно с потоком 5 из реактора 1.

Подачей пара в подогреватель колонны 6 в ней поддерживают температуру 160^оС и осуществляют разложение основного количества содержащегося в плаве карбамата. Раствор в колонне 6 содержит 91200 СO(NH₂)₂, 1690 СO₂, 4701 NH₃, 35181 H₂O. Потоком 13 его направляют в колонну 14 второй стадии обработки, осуществляемой при давлении 3 кгс/см². Газовую фазу из колонны 6, содержащую 19430 СO₂, 44667 NH₃, 3373 Н₂O, потоком 15 направляют в абсорбер-конденсатор 16 первой ступени дистилляции плава синтеза. В абсорбер-конденсатор 16 поступают также потоки 4 и 11 из реакторов 1 и 7. Суммарный поток газовой фазы на входе в абсорбер-конденсатор 16 содержит 19430 СO₂, 106819 NH₃, 3373 H₂O, 422 инерта.

В колонне 14 при температуре 140^оС завершают обработку плава синтеза карбамида, и раствор карбамида, содержащий 91200 СO(NH₂)₂, 244 СO₂, 974 NH₃, 30607 H₂O (поток 17) направляют в отделение концентрирования водного раствора карбамида известным способом двухступенчатой выпарки его под вакуумом (не показано).

Поток 18 газов дистилляции второй ступени из колонны 14, содержащий 1446 СO₂, 3727 NH₃, 4574 H₂O, направляют в абсорбер 19 второй ступени дистилляции.

Конденсат сокового пара выпарки подвергают очистке и содержащиеся в нем NH₃ и CO₂ с газами десорбции из этого узла (не показано) возвращают в абсорбер 19 (поток 20-244 СO₂, 974 NH₃, 1300 Н₂O). Суммарный поток 21 газов (1690 СO₂, 4701 NH₃, 5874 Н₂O) подвергают абсорбции-конденсации, для чего на орошение абсорбера 19 подают 700 Н₂O (поток 22). Следы инертов выбрасывают из абсорбера 19 в атмосферу, а слабый раствор УАС, содержащий 1690 СO₂, 4701 NН₃, 6574 H₂O (поток 23) насосом 24 направляют в абсорбер 16. Раствор УАС из абсорбера-конденсатора 16 (поток 8) насосом 25 подают в реактор 7. Избыточный газообразный NH₃ из аппарата 16 конденсируют в конденсаторе 26, охлаждаемом водой, и 89556 NH₃ потоком 27 выводят из цикла, используя его в потоках 3 и 10.

Для отмывки газообразного аммиака от следов двуокиси углерода в верхнюю часть аппарата 16 потоком 28 подают 1247 воды и рециркулируют часть жидкого аммиака из конденсатора 24 для обеспечения требуемой температуры 45-50^оС газообразного аммиака. Инерты (422) из конденсатора 26 потоком 29 выбрасывают в атмосферу.

П р и м е р 2. В соответствии с фиг. 1 в реактор 1 подают 44000 СO₂ и 48960 NH₃. Реактор работает при мольном отношении NH₃:CO 2,88. При температуре 190^оС и давлении 190 кгс/см² в реакторе обеспечивается степень конверсии 67% Реакционная смесь содержит 40200 СO(NH₂)₂, 14520 СO₂, 26180 NH₃, 12060 Н₂O, 278 инертов. Потоком 4 газовую фазу из реактора, содержащую 1858 СO₂, 2654 СO₂, 140 Н₂O, 278 инертов передают в абсорбер-конденсатор-абсорбер 16 стадии дистилляции плава синтеза при давлении 18 кгс/см². Плав карбамида из реактора (40200 CO(NH₂)₂, 12662 СO₂, 23526 NH₃, 11920 Н₂O) потоком 5 направляют в колонну дистилляции первой ступени 6.

В реактор 7 потоком 8 подают водный раствор УАС, содержащий 29040 СO₂, 30202 NH₃, 15392 Н₂O, а потоками 9 и 10 вводят диоксид углерода (14960 СO₂, 126 инертов) и 44598 NH₃. В реакторе 7 мольное соотношение NH₃:CO₂:H₂O 4,4: 0,855. Степень превращения диоксида углерода в карбамид составляет 67% Газовую фазу из реактора выводят потоком 11 (17799 NH₃, 126 инертов), а жидкий плав потоком 12 (40200 CO(NH₂)₂, 14520 СO₂, 34221 NH₃, 27452 H₂O) вместе с плавом из реактора 1 (поток 5) направляют на дистилляцию при давлении 18 кгс/см² в колонну 6. Раствор карбамида из колонны 6, содержащий 80400 СO(NH₂)₂, 2175 СO₂, 6050 NH₃, 35335 Н₂O, потоком 13 передают в колонну 14 узла дистилляции плава синтеза при давлении 3 кгс/см². Газовую фазу из колонны 6 (25007 СO₂, 51697 NH₃, 4037 H₂O) вместе с потоками 4 и 11 направляют в абсорбер-конденсатор 16.

Водный раствор карбамида из колонны 14, содержащий 80400 СO(NH₂)₂, 222 СO₂, 889 NH₃, 30741 H₂O, потоком 17 направляют на стадию двухступенчатой выпарки. Газы дистилляции, содержащие 1953 СO₂, 5161 NH₃, 4594 Н₂O, потоком 18 направляют в абсорбер 19 второй ступени дистилляции. В аппарат 19 подают также поток 20 (222 СO₂, 889 NH₃, 1300 Н₂O) газов десорбции со стадии очистки сокового конденсата выпарки (не показано). Суммарный поток 21 содержит 2175 СO₂, 6050 NH₃, 5894 Н₂O. На орошение аппарата 19 подают 2062 Н₂O (поток 22). Инертные газы из абсорбера 19 (следы) выбрасывают в атмосферу, а раствор УАС, содержащий 2175 СO₂, 605, NH₃, 7956 Н₂O (поток 23) насосом 24 подают в аппарат 16 первой ступени дистилляции. Водный раствор УАС (поток 8) насосом 25 подают в реактор 7. Газообразный аммиак из аппарата 16 конденсируют в конденсаторе 26 и потоком 27 (47998) выводят из цикла. Для обеспечения требуемой температуры в конденсатор-абсорбер 16 рециркулируют часть жидкого аммиака и подают на орошение 3259 Н₂O (поток 28). Инерты (454) потоком 29 выбрасывают в атмосферу.

П р и м е р 3. В соответствии с фиг. 2 в реактор 1 вводят 44000 СO₂, включая 278 инертов (поток 2), и 61200 NН₃ (поток 3) в мольном соотношении NH₃: CO₂ 3,6:1. Реактор работает в безводном режиме по входным потокам и в нем достигается степень превращения диоксида углерода в карбамид, равная 74% Реакционная смесь содержит 44400 СO(NH₂)₂, 11440 СO₂, 36040 NH₃, 13320 Н₂O, 278 инертов. Газовая фаза содержит 9520 NH₃, 278 инертов, ее выводят потоком 4. Плав карбамида, содержащий 44400 CO(NH₂)₂, 11440 СO₂, 26520 NH₃, 13320 Н₂O (поток 5) передают на стадию переработки при давлении 18 кгс/см² в колонну 6. Из колонны 6 выводят газы дистилляции (10525 СO₂, 23975 NH₃, 1816 Н₂O поток 7) и плав карбамида, содержащий 44400 СO(NH₂)₂, 915 СO₂, 2545 NH₃, 11504 Н₂O, который потоком 8 поступает в колонну 9 дистилляции второй ступени, осуществляемой при давлении 3 кгс/см². Из колонны 9 выводят раствор карбамида (44400 СO(NH₂)₂, 109 СO₂, 435 NH₃, 1008 Н₂O, поток 10) и газы дистилляции (806 СO₂, 2110 NH₃, 1496 Н₂O), которые потоком 11 поступают в конденсатор-абсорбер 12. В конденсатор-абсорбер 12 потоком 13 вводят также газы десорбции (109 СO₂, 435 NH₃, 1300 Н₂O) и на орошение подают 1000 Н₂O (поток 14). Слабый раствор УАС (915 СO₂, 2545 NH₃, 3796 Н₂O, поток 15) насосом 16 подают в конденсатор-абсорбер 17 первой ступени этого агрегата, в который вводят также газовые потоки 4 и 7. На орошение аппарата 17 подают 451 Н₂O (поток 18). Газообразный аммиак после аппарата 17 конденсируют в конденсаторе 19, и поток 20 жидкого аммиака (24142) выводят из цикла; 278 инертов выбрасывают в атмосферу (поток 21).

Раствор УАС, образованный в аппарате 17 в результате абсорбции неконвертированных реагентов из реактора 1 (11440 СO₂, 11898 NH₃, 6,63 Н₂O, поток 22) насосом 23 передают во второй реактор 24. В реактор 24 потоком 25 вводят 32560 СO₂, 206 инертов, и потоком 26 56102 NH₃. Мольное соотношение NH₃:СO₂: H₂O на входе в реактор 24 составляет 4:1:0,337. При этом обеспечивается степень превращения диоксида углерода в карбамид, равная 72% Реакционная смесь в реакторе 24 содержит 43200 СO(NH₂)₂, 12320 CO₂, 43520 NH₃, 19023 H₂O, 206 инертов. Газовую фазу из реактора (14484 NH₃, 206 инертов) выводят потоком 27; плав карбамида (43200 СO(NH₂)₂, 12320 СO₂, 29036 NH₃, 199023 Н₂O) потоком 28 передают в колонну 29 дистилляции плава, осуществляемой при давлении 18 кгс/см²).

В третий реактор 30 вводят 20240 СO₂, 128 инертов (поток 31) и 70490 NH₃ (поток 32), а также поток 33 раствора УАС (23760 СO₂, 24710 NH₃, 12593 Н₂O), образованного путем абсорбции непревращенных в карбамид исходных реагентов, отогнанных из реакционной смеси реакторов 24 и 30. В реакторе 30 поддерживают мольное соотношение NH₃:CO₂:H₂O 5,6:1:0,7; достигается степень превращения диоксида углерода в карбамид, равная 74% Из реактора 30 потоком 34 выводят газовую фазу, содержащую 43078 NH₃, 128 инертов, и жидкий плав (44400 СO(NH₂)₂, 11440 CO₂, 26962 NH₃, 25913 Н₂O поток 35). Смешанный поток плава из реакторов 24 и 30 передают в колонну 29 дистилляции первой ступени, работающую аналогично колонне 6. Из колонны 29 выводят газы дистилляции (21859 СO₂, 50710 NH₃, 3819 Н₂O поток 36) и плав карбамида (87600 СO(NH₂)₂, 1901 СO₂, 5288 NH₃, 41117 Н₂O поток 37), который передают в колонну 38 второй ступени дистилляции. Раствор карбамида из колонны 38 (87600 СO(NH₂)₂, 247 СO₂, 987 NH₃, 35772 Н₂O) потоком 39, так же, как и поток 10 передают на стадию концентрирования (не показано), а газы дистилляции (1654 СO₂, 4301 NH₃, 5345 Н₂O, поток 40) совместно с газами десорбции стадии очистки сокового конденсата выпарки (247 СO₂, 987 NH₃, 1300 H₂O, поток 41) направляют в конденсатор-абсорбер второй ступени 42, на орошение которого подают 662 Н₂O (поток 43). Слабый раствор УАС, содержащий 1901 СO₂, 5288 NH₃, 7037 Н₂O (поток 44) насосом 45 передают в конденсатор-абсорбер 46 первой ступени дистилляции, в которой подают также потоки 27 и 34 из реакторов 24 и 30 и поток 36 газов дистилляции из колонны 29. На орошение конденсатора-абсорбера 46 потоком 47 подают 1467 Н₂O. Газообразный аммиак в смеси с инертами направляют в конденсатор 48, охлаждаемый водой. Жидкий аммиак из конденсатора потоком 49 (88850 NH₃) выводят из цикла, а инерты (334) потоком 50 выбрасывают в атмосферу.

Водный раствор УАС из абсорбера 46 насосом 51 передают в реактор 30.

Результаты примеров 1-3 для лучшего представления сведены в таблицу, куда также включены данные о прототипе.

Использование: карбамид, технология получения, компонент удобрения. Сущность изобретения: карбамид получают из аммиака и диоксида углерода при повышенных температурах и давлениях по крайней мере в двух зонах синтеза, в первую из которых подают только потоки свежих аммиака и диоксида углерода, с образованием потоков сплава синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода. Карбамат разлагают в потоках плава синтеза карбамида при подводе тепла на нескольких ступенях с понижением давления с образованием концентрированного карбамида и газовых потоков, которые абсорбируют водными абсорбентами с образованием водного раствора углеаммонийных солей. Последние рециркулируют в иные, нежели первая, зоны синтеза. При этом в первой зоне синтеза поддерживают молярное отношение NH₃CO₂ в пределах от 2,8 до 4, а в остальных зонах синтеза - в пределах от 4 до 5,6. Предпочтительно процесс проводить в двух или трех зонах синтеза. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДА взаимодействием аммиака и диоксида углерода при повышенных температурах и давлениях по крайней мере в двух зонах синтеза, в первую из которых подают потоки свежих аммиака и диоксида углерода, с образованием потоком плава синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода, разложением карбамата в потоках плава синтеза карбамида при подводе тепла на нескольких ступенях при понижении давления с образованием концентрированного карбамида и газовых потоков, абсорбцией газовых потоков водными абсорбентами с образованием водного раствора углеаммонийных солей, рециркуляцией водного раствора углеаммонийных солей в иные, нежели первая, зоны синтеза, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат, в первой зоне синтеза поддерживают молярное отношение NH₃ CO₂ в пределах от 2,8 до 4, а в остальных зонах синтеза в пределах от 4 до 5,6. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие аммиака и диоксида углерода осуществляют в двух зонах синтеза и потоки плава синтеза карбамида из обеих зон совместно подвергают разложению карбамата аммония, и раствор углеаммонийных солей, полученный в результате абсорбции выделенных газовых потоков, рециркулируют во вторую зону синтеза. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие аммиака и диоксида углерода осуществляют в трех зонах синтеза, разлагают карбамат аммония в потоке плава синтеза карбамида из первой зоны, раствор углеаммонийных солей, полученный в результате абсорбции выделенных газовых потоков, рециркулируют во вторую зону синтеза карбамида из второй и третьей зон, и раствор углеаммонийных солей, полученный в результате абсорбции выделенных газовых потоков, рециркулируют в третью зону синтеза.