Способ получения мочевины Советский патент 1978 года по МПК C07C126/02 

Изобретение относится к технологи получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода. Известен способ получения мочевин при котором аммиак и двуокись углеро да подвергают взаимодействию в реакционной зоне и затем в отгонной зоне, находящейся в состо1янии теплообмена с реакционной зоной, при давлег ,нии, равном давлению в реакционной ,. fl Согласно этому способу разлагаетс большая часть находящегося в раствор карбамата аммония и продукты разложе ния отводят с помощью газообразной двуокиси углерода, аммиака, инертног газа или смеси по крайней мере двух этих веществ. Процесс ведут при температуре от 140 до 200°С и давлении от 100 до 300 ат. Однако степень образования карбамата и реакционной зоне недостаточна Реакционная зона находится в межтрубном пространстве теплообменных труб, в которых происходит отгонка с использованием тепла, вьщеляющегося при образовании карбамата аммония. При указанных температуре и давлении карбамат, находящийся в .растворе, нельзя разлагать в отгонной зоне без подвода тепла извне l . С целью повышения эффективности процесса предлагается взаимодействие аммиака и двуокиси углерода проводить при температуре 210-245°С и давлении 250-600 ат при молярном отношении аммиака к -двуокиси углерода в жидцой фазе от 2,5 до 8,0 с возвратом в реакционную зону 10-15 вес.% газовой смеси, покидающей отгонную зону. Аммиак и двуокись углерода подвергают взаимодействию при более высокой температуре и давлении, чем в известном способе. При этом небольшая часть реагентов превращается в карбамат аммония, большая часть которого разлагается с образованием мочевины. Одновременно уменьшается теплота испарения аммиака и двуокиси углерода, находящихся в растворе мочевины. Поскольку с повышением температуры увеличивается скорость реакции, объем реакционной зоны может быть меньше, чем в известном способе. Для разложения карбамата в отгонJ pй зоне не требуется дополнительный .подвод тепла извне (нет необходимости в использовании пара с давлением 26 атм). Для достижения оптимальной теп лопередачи принято возвращать в реакционную зону в единицу, времени количество газовой смеси больше, чем общее количество инертных газов, поступающих с реагентами в реакционную зону , и- количество газовой смеси, покиДающей в единицу времени отгонную зону. Лучше всего из верхней части реак ционной зоны отводить газовую смесь, состоящую из непрореагировавших аммиа ка, двуокиси углерода и инертных , и часть этой смеси, соответствую тую 10 - 50 вес,%, на более низкой высоте возвращать в реакционную зону. Нет необходимости, в раздельном возвращении в нижнюю часть реакционной зоньр газовой смеси из отгонной и реакционной зоны. Предпочтительнее обе смеси, например, из общего сборного пространства выше реакционной и отгонной зон подводить в реакционную зону на различных высотах. При этом целесообразно использовать эжектор, работающий с помощью аммиака, двуокиси углерода или раствора, содер жащего карбамат аммония. . На чертеже изображен реакционно™ .отгонный апарат.., э котором установлены вертикальные трубы 2. Нижние кон цы труб закреплены в трубной решетке 3, а верх нй ё УГкрыты и: сообщаются; с межтрубньзм пространством 4, в ко- тором м,ежду .трубами могут быть устано лены направляющие 5. В межтрубное пространство по трубопроводу б подаю газообразную реакционную смесь, состоящую в основном из аммиака и дву .окиси углерода исодержащую также во дяной, пар и инертные.вещества, и потрубопроводу 7 подают раствор карбамата. Температуру в реакционной зоне поддерживают от 210 до 220°С, давление от 300 до 320 атм. Молярное отношение аммиака к двуокиси углерода (как свободных, так и связанннх; аммиака и двуокиси углерода) в таз.ожидкостной смеси, находящейся в меж трубном пространстве, устанавливают, например, равным 3,5. В межтрубном пространстве часть аммиака и двуокиси углерода реагирует с образованием карбамата. Реакция протекает с выделением тепла. Образующийся карба мат путем дегидратации с использованием части тепла, выделяющегося при образовании карбамата, превращается в мочевину. Газожидкостная смесь,j содержащая карбамат и мочевину, поднимается вверх по трубам, меняя направление, до верха трубтг газообраз; ные компоненты отделяются, а раствор перетекает в трубы 2 через распределители, которь1е обеспечивают стекание .раствора,по внутренней стенке труб в виде тонкого слоя. При этом раствор стекает противотоком к газообразной двуокиси углерода (отгоняющий газ), подаваемой по трубопроводу 8 после сжатия компрессором 9 до требуемого давления. Свежая двуокись углерода поступает по трубопроводу 10, Во время отгонки больщая часть карба-j мата разлагается на аг.1иак и двуокись углерода, используя ту часть тепла, которая выделяется при образ.овании карбамата и не используется на. превращение карбамата в мочевину, Поскольку объем реакционной зоны может быть сравнительно небольшим, пространство для размещения теплопередающих элементов также может быть небольшим. Кроме тепла, подводимого с потоками, поступающими по трубопроводу б и .7, никакого дополнительного тепла не подводят. Для достижения оптимальной теплопередачи через стенки.труб 2 часть газовой смеси, состоящей из непрореагировавших аммиака, двуокиси углерода, водяного пара и инертных веществ, подают по трубопроводам 11 и 12 через эжектор 13 и трубопровод б в межтрубное пространство 4, . Кроме того, время пребывания реакционной смеси в межтрубном простран- . стве 4 выбирают таким образом, чтобы не вся двуокись углерода, подведен ная по трубопроводу 6., превратилась в карбамат, а часть ее вместе с непрореагировавшим газообразным аммиаком поступила в пространство над трубами. Эти количества двуокиси углерода и аммиака затем частично возвращают в реакционную зону. Эжектор 13 может работать с помощью двуокиси углерода или циркулирующего раствора карбамата. Вместо эжектора для циркуляции газовой смеси можно применять циркуляционный компрессор,. Циркулирующее количество газа влияет на теплопередачу, а следова- Тёльно на степень превращения в реакционной зоне и на эффект отгонки. Поэтому желательно количество газовой смеси, подводимой по трубопроводу 12 в реакционную зону, регулировать в ; зависимости от Температуры или состава раствора, вытекающего по трубопроводу 14. Часть газовой смеси из верхней части аппарата 1 по трубопроводу 15 подают в промывную колонну 16, где отделяют газообразные инертные вещества. В этой колонне находящиеся в газовой смеси аммиак и двуокись углерода поглощаются разбавленным раство ром карбамата с образованием более концентрированного раствора, который по трубопроводу 7 поступает в межтрубнре пространство 4, Промывная колокна 16 может быть установлена на такой высоте, что образующийся раствор может самотеком поступать в межтрубное пространство 4 (тем самым исключается установка карбаматного насоса, кото- 5 рый вследствие эрозии и коррозии требует больших расходов на ремонт), Непоглощенную и несконденсироваБг.ау10ся в колонне 16 часть газовой смеси, состоящую в основном из инертных ве- }0 ществ, стравливают по трубопроводу 17 с,редукционным клапаном 18,

Вьделяющуюся в промывной колонне теплоту поглощения отводят, по крайней мере частично, охлаждающими эле jg ментами 19, по которь 1 циркулирует вода, или другая жидкость. Теплйту поглощения можно использовать для получения пара низкого давления. Для того, чтобы температура в промынной од колонне бшга возможно высокой, можно часть аммишса, требуемого для синтеза мочевины, подавать по трубопроводу 20 в жидком состоянии.

Количество отводимого тепла может быть определено пОколичеству воды, циркулирующей.по охлаждающим элементам. Этим способом можно также опреелить температуру в межтрубном пространстве 4, так как непоглощенная хлаждающими элементами часть тепла дет на нагревание раствора карбаата, поступающего в межтрубное ространство 4 по тру;бопроводу 7. озможно также регулирование; темпе- 35 атуры в межтрубно пространстве 4 утем изменения температуры свежего ммиака, поступающего по трубопроводу 6. Однако при больших колебаниях температуры аммиака может ухуд- 40 иться работа эжектора 13. Но и возможна .известная корректировка, если часть аммиака подавать в реакционную зону в обход эжектора 13, Отогнанный раствор, содержащий еще 45 малые количеств:а карбамата и растворенного аммиака, отводят из Аппарата 1 по трубопроводу 14, в редукционном клапане 21 его давление снижают до 2-5 атм и вводят в верхнюю часть 50 ректификационной колонны 22. Образующуюся при расширении газовую смесь, состоящую из аммиака, двуокиси углерода и водяных паров, отводят по трубопроводу 23. Оставшийся раствор 55 мочевины по трубопроводу 24 поступает в. нагреватель 25, где оставшийся карбамат разлагается. Образующуюся при этом газовую смесь отделяют от воды в разделителе 26 и по трубопроводу 27 вводят в нижнюю часть колонны 22, в которой она поднимается противотоком к ректифицируемому раствор Из разделителя 26 отводят почти не со.держащип карбамата вод)ый раствор мочевины по трубопроводу 28 на переработку в концентрированный или безводный раствор мочевины, или криста.плическую мочевину,Указанную выше газообразную смесь отводимую по трубопроводу 23, подают в карбаматный конденсатор 29 низкого давления, где при одновременной подаче по трубопроводу 30 циркулирующего раствора образуется разбавленны раствор карбамата. Теплота ко 5денсации отводится водой, циркулирующей через охлаждающие элементы 31, Полу-ченьшй раствор насосом 22 под давлением синтеза перекачивают по трубопроводу 33 в промывную колонну 16 в качестве 1юг.потительной жидкости,

.и 1миак подводят к эжектору 13 по трубопроводу 34, в который в необходимом случае может быть встроен ло.ногреватель 35 для а1 1миака.

Изобретение не ограничивается указанной формой выполнения . Например, можно использовать реакционно-отгонный аппарат, в котором теплопередающие элементы Быпoл eнь; в виде параллельно расположенных плит. Можно также газы, непрореагировавшне в реакционной зоне, и газовую смесь, выходящую из отгонной зоны, улавливать отдельно и рециркулировать,

П ,р и м е р. Д.ПЯ производства 1000 т/ч мочевины по трубопроводу 34 подают 23610 кг/ч аммиака под давлением 370 кг/см и при температуре 40°С на входе в эжектор 13. 30555 кг/ двуокиси углерода сжимают в компрессоре 9 до давления, при котором проводят синтез карбамата и мочевины (320 кг/см), и подают в отгонную зону. Температура в верхней части аппарата 1 составляет 220°С. Из реакционной зоны отводят непрореагировавший газ в количестве, составляющем 26 вес.% от количества газа, отходящего из отгонной зоны. В реакционной зоне выделяется 7,5 10 ккал/ч тепла (нетто), которое используется для разложения карбамата и испарения аммиака и двуокиси углерода без дополнительного подвода тепла. Давление отогнанного раствора мочевины, отводимого.по трубопроводу 14, снижают .в редукционном клапане 21 до 3 кг/см.

Состав различных потоков, температуры и давление приведены в таблице.

В промывную колонну 16 аммиак не поступает. Количество тепла, отводимого в охлаждающих элементах, составляет ккал/ч.

Формула изобретения

Способ получения мочевины взаимодействием аммиака и двуокиси углерода при повышенных температуре и давлении в реакционной зоне и затем в отгонной зоне, находящейся в состоянии теплообмена с реакционной .зоной, при давлений, равном давлению в реакционной зоне,. разложением получаемого карбамата аммония, вьвдёлением продуктов разложения с помощью двуокиси углерода, или аммиака, или инертного газа, о т л и ч а ю ц и йс я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, взаимодействие

аммиака и двуокиси углерода проводят при температуре 210-245°С и давлении 250-600 атм при молярном отношении аммиака к двуокиси углерода в жидкой фазе от 2,5 до 8 с возвратом в.реакционную зону 10-50% от веса газовой смеси, покидающей отгонную зону, состоящей из непрореагировавших аммиака и двуокиси углерода и инертных газов газовой смеси с газовой смесью, покидающей отгонную зону.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США W 3406201, 55 кл. 260-555, 1969,