Способ выделения непрореагировав-шиХ АММиАКА и углЕКиСлОгО гАзА изпРОдуКТОВ СиНТЕзА МОчЕВиНы Советский патент 1981 года по МПК C07C126/02 

(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ НЕПРОРЕАГИРОВАВШИХ АММИАКА И УГЛЕКИСЛОГО РАЗА ИЗ ПРОДУКТОВ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ

Изобретение относится к способу рекуперации непрореагировавших NH и COj из смеси, получаемой при синтезе мочевины реакцией углекислого газа с зммлакои, Известен способ рекуперации непрЬ реагировавших НН.и COj,. из смеси, получаемой при синтезе мочевины, включающий в себя стадии реакции в зоне синтеза мочевины углекислого газа с аммиаком при повышенных температурах и давлении с получением продуктов синтеза, содержащих мочевину, избыто ё№1миака, непрореагировавший карбамат аммония и воду,путем обработки yкa занных продуктов синтеза мочевины по меньшей мере на двух стадиях разделения, включающих стадию высокого давления (10-170 атм) и стадию низко го давления (1-5 атм) с выделением из продуктов синтеза на ка:ждой стадии разделения газообразных смесей, содержащих NH, СОд и водяной пар, причем часть разделительной зоны на стадии низкого давления приходится на долю ректификационной зоны, состоящей из верхней части с температурой 60-120С и нижней Части с температурой 100-140 С, абсорбции упомянутых газообразных смесей абсорбентом в абсорбционных зонах, в которых поддерживается такое же давление, что и в соответствующих разделительных зонах, и возврата полученного продукта абсорбции на стадию синтеза мочевиныЩ. Недостатком способа является то, что для поддержания температуры 60-120°С в верхней части ректификационной зоны газообразную смесь, отводимую из верхней части ректифика- ционной зоны, необходимо подавать в обратный холодильник, в котором газообразная смесь охлаждается до температуры -50-100® С, в результате чего происходит конденсация в нем водяногЪ пара, причем сконденсированную влагу возвращают в верхнюю часть ректификационной зоны. Таким образом, тепловая знергия, отводимая при конденсации в обратном холодильнике, является потерянной, что.,обуславливает увеличение количества тепла, необходимого для нагревания в зоне разделения. Цель изобретения - повышение эффективности процесса. Поставленная цель достигается тем, что способ выделения непрореаг ровавших аммиака и углекислого газа из продуктов синтеза мочевины из углекислого газа и аммиака, при повышенных температурах и давлении, содержащих мочевину, избыток аммиак карбамат аммония и воду, путем обра ботки указанных продуктов синтеза мочевины на двух последовательных стадиях разделения, включающих стадию высокого давления (10-170 атм) и стадию низкого давления (1-г5 атм) с выделением из продуктов синтеза н каждой стадии разделения газообразных смесей, каждая из которых содержит аммиак, углекислый газ и водяной пар, причем часть разделитель ной зоны на стадии низкого давления приходится на долю ректификационной зоны, состоящей из верхней част с температурой 60-120 С и нижней части с температурой 100-140с, абсорбции каждой из упомянутой газообразных смесей абсорбентом в абсор ционной зонах, в которых поддерживается такое же давление, что и в соответствукщих разделительных зонах, и возвратом полученного продук та абсорбции на стадию синтеза моче вины, .продукты синтеза мочевины, отводимые со стадии разделения высокого давления, предварительно охл дают до температуры 105-170 С продуктами синтеза мочевины из нижней части ректификационной зоны стадии низкого давления, снижают давление охлажденных продуктов синтеза мочевины до давления 1-5 атм и вводят и в верхнюю часть ректификационной зо ны стадии низкого давления. Обычно процесс разделения на стадии низкого давления ведут при давлении 1,5-3 атм. На фиг, 1 представлена технологи ческая схема устройства, реализующе способ; на фиг. 2 - то же, вариант обработки отгонкой с углекислым газом. Сущность способа заключается в следующем. Продукты синтеза мочевины (фиг.1 основная часть которых приходится н долю непрореагировавших с1ммиака и углекислого газа, разделяют на раз делительной стадии высокого давлен И отводят из нижней части разделительной зоны высокого давления или дистилляционной колонны высокого д ления (не показана) при манометрическом давлении 10-170 кг/см 2 и температуре 140-200 С, после чего ИХ по линии 1 направляют в теплоебменник 2. Здесь продукты синтеза мочевины обмениваются теплом с тем продуктами синтеза мочевины, котор отводят из.нижней части ректификациоиноП зоны 3, в результате чего они ох.ппждпмтся до 10.э-170с, прей очтительно 120-150 С. Охлажденные аким образом продукты синтеза моевины подают по линии 4 через дросельный клапан 5, в котором их маноетрическое давление падает до -5 кг/см, предпочтительно 1,5,0 кг/см, и направляют по линии в верхнюю часть дистилляционной олонки 7 для отпарки легколетучей ракции. Посредством адиабатического асширения продукты синтеза мочеины, которые подают в верхнюю часть ектификационной зоны 3, охлаждают до 60-120°С. Продукты синтеза мочевины, из которьЕх в верхней части ректи-фикационной зоны 3 выделена газообразная смесь непрореагировавших аммиака, углекислого газа и водяного пара, стекеиот вниз через ректификационную зону в её нижнюю часть. Часть продуктов синтеза кючевины отводят из нижней части ректификационной зоны 3 по линии 8 и направляют в теплообменник 2, в котором эта часть нагревается за счет теплообмена с продуктами синтеза мочевины, отводимыми из разделительной зоны высокого давления. В результате температур.а нагретых продуктов синтеза мочевины приближается к 100-140 С, предпочтительно 115-135 С, после чего их воз-. вращают в нижнюю часть ректификационной зоны 3 по линии 9. Далее часть продуктов синтеза мочевины, которые отводят по линии 8, вводят по линии 10 в кипятильник 11, в котором она аналогичным образом нагревается до 115-135°С, посредством водяного пара, подаваемого по линии 12. Нагретые таким образом продукты синтеза мочевины также возвращают в нижнюю часть ректификационной зоны 3 по линиям 13.и 9. Продукты синтеза мочевины, которые возвращают из нижней части ректификационной зоны 3 через теплообменник 2 и кипятильник 11, можно пропускать через них по параллельной системе (фиг. 1). В том случае, когда теплообменник и кипятильник размещаются последовательно, продукты синтеза мочевины, отводимые из нижней части ректификационной зоны 3, нагревают в теплообменнике 2 и кипятильнике 11, большая часть непрореагировавших аммиака и углекислого газа, которая остается в продуктах синтеза мочевины, отделяется в форме газообразной смеси, после чего ее возвращают в нижнюю часть ректификационной зоны 3 совместно с продуктами синтеза мочевины. Газообразная смесь далее отделяется от продуктов синтеза мочевины и поднимается через ректификационную зону 3 с одновременной конденсацией части водяного пара, содержащегося в газообразной смеси. Смешанный газ с пониженным содержанием воды отяолится из верхней части ректификационной зоны 3 по линии 14 совместно с газообраз ной смесью, выделившейся за счет уп .минутой отпарки из. продуктов синтез мочевины, а затем его направляют в абсорбционную зону низкого давления (не показана). В том случае, когда продукты син теза мочевины желательно отгонять в нижней части ректификационной зОн 3 посредством углекислого газа, про дукты синтеза мочевины далее направ .ляют в отгоночную зону 15, которая выполнена в виде, насадочной колонны причем в нижней части, последней пре дусмотрено наличие дистилляционной колонны (фиг. 2) . Продукты синтеза, мочевины опускаются через отгоночную зону 15 по принципу противотока относительно потока углекислого газ который вводят по питающей трубке 16, предусмотренной в нижней части отгоночной зоны, благодаря чему из продуктов синтеза мочевины выделяет практически все остаточное количест непрореагировавших аммиака и углекислого газа. Разделенные таким образом продукты синтеза мочевины отводят из нижней части дистилляцийнной колонки 7 по линии 17 и направляют на последующую стадию концентрирования. Газообраз ая смесь, которая содержит углекислый газ, вводимый в отгоночную зону 15, и аммиак отводится из OTit :очной зоны 15 и направляется в нижнюю часть ректификационной зоны 7 для смешения в ней с газообразной смесью, которая отделяется в кипятильнике и теплообменнике. Конечная газообразная смесь поднимается через ректификационную зону 3 и отводится из ее верхней части по линии 14. Преимуществами предлагаемого способа является то, что в верхней -части ректификационной зоны температуру можно поддерживать в приемлемом интервале. Тепло, отводимое посредством теплообменника, можно использовать в качестве части источника тепл для нагрева, нижней части ректификационной зоны, т.е. при этом производят перенос тепла продуктов синтеза мочевины, отводимых из разде лительной зоны высокого давления, из верхней части низкотемпературной ректификационной зоны в нижнюю,часть ректификационной зоны, где поддерживается повышенная температура, за счет использования расширения.продуктов синтеза мочевины с высоким давлением. Таким образом, тепло горя чих продуктов синтеза мочевины можно эффективно использовать в качестве источника нагрева для ректификации. Это позволяет уменьшить количество водяного пара, которое требуется для ректификации продуктов синтеза мочевины на стгщии разложения при низком давлении. Более того, при этом не требуется ни холодильник для конденсации водяного пара .в газообразной смеси, отводимой из верхней части ректификационной колонны, ни вода для охлаждения такого холодильника. Кроме того, температуру в верхней части ректификационной зоны поддерживают на таком низком уровне, что содержание влаги в газообразной смеси непрореагировавших продуктов, выделенных из ректификационной зоны, при этом снижается. Снижается также количество воды, возвращаемой в зону синтеза мочевины, что приводит к повышению выхода мочевины в зоне ее синтеза. Пример 1. Продукты синтеза мочевины, которые отводят из нижней части дистилляционной колонны кого давления, где поддерживают манометрическое давление 19 кг/см , при температуре в нижней части , с расходом компонентов: 130 кг/ч моче-, вины, 107 кг/ч аммиака, 28 кг/ч углекислого газа и 447 кг/ч воды, подвергают отпарке в исходном видев адиабатических условиях в верхней части дистилляционной колонны низкого давления при манометрическом давлении 2,7 кг/см2 в соответствии с известной технологией, в результате из продуктов синтеза мочевины выделяют -газообразную смесь, которая включает в себя 73,8 кг/ч мочевины, 25,4 кг/ч углекислого газа и 53 7кг/ч воды, с температурой . В результате такой отпарки легкокйпясшх фракций из продуктов синтеза мочевины получают смесь, содержащую в пересчете на расход потока: 130 кг/ч мочевины, 33,2 кг/ч аммиака, 2,6 кг/ч углекислого газа и 393,3 кг/ч воды. После этого продукты синтеза мочевины подвергают дальнейшей перегонке в дистилляционной колонне, которая оборудована шестью тарелками. Конечный раствор, отводимый из нижней части колонны, подвергают нагреванию до 130с посредством кипятильника. Продукты синтеза мочевины, которые отводят из нижней части дистилляционной колонны, содержат в пересчете на расход потока 2,0 кг/ч остаточного аммиака и 1,5 кг/ч остаточного углекислого газа. Смешанный газ, отводимый из верхней -части дистилляционной колонны, т.е. сочетание легколетучего отпаренного газа с газом, выделенным перегонкой содержит в ересчете на расход потока 105 кг/ч ммиака, 26,5 кг/ч углекислого газа 76,4 кг/ч воды. Расход водяного ара в кипятильнике составляет 8 кг/ч при манометрическом давлеии 5 кг/см . Затем продукты синтеза мочевины, , оторые отводят из нижней части дисилляционной колонны высокого давлеия подвергают обработке без снижения давления, т.е. указанные продукты синтеза мочевины пропускают по трубкам многотрубчатого теплообменника с целью осуществления теплообмена с продуктами синтеза мочевины которые отводят из дистилляционной колонны низкого давления и пропускают через корпус теплообменника. В -результате продукты синтеза мочевины высокого давления, которые отводят из теплообменника, охлаждаются до . Затем их подвергают отпарке в верхней части дистилляционной коло ны низкого давления, в которой манометрическое давление составляет 2,7 кг/см, в результате чего из них выделяют-смешанный газ, содержащий в пересчете на расход потока 56,3 кг/ч аммиака, 16,5 кг/ч углекислого газа и 28,3 кг/ч воды, а температура снижается до 110°С. Продукты синтеза мочевины, которые отводят после от- парки, содержат в пересчете на расход потока: 130 кг/ч мочевины, 50,7 кг/ч аммиака/ 11,5 кг/ч углекислого газа и 418,7 кг/ч воды. Количество испарившейся воды при отпарке снижается почти вдвое по сравнению с тем количеством, которое был выпарено при осуществлении известного способа, за счет снижения температуры продуктов синтеза мочевины на 30°С перед снижением давления посредством теплообмена. Раствор, полученный после отпарки, подввргаг ют перегонке в дистилляционной колон не, а конечный раствор, отведенный из нижней части колонны, подвергают нагреванию посредством вышеупомянуто го кипятильника и указанного теплообменника, что позволяет поддерживат его температуру на уровне . Таким образом только 2,3 кг/ч аммиака и 1,7 кг/ч углекислого газа в пересчете на расход потока остается в продуктах синтеза мочевины, отводимых из нижней части дистилляционной колонны, тогда как смешанный газ, отводимый из верхней части дистилляционной зоны содержит в пер счете не расход потока 104,7 кг/ч аммиака, 26,3-кг/ч углекислого газа и 52;8 кг/ч воды. Пример 2. Продукты синтез мочевины, которые отводят из дистил ляционной колонны по примеру 1, под вергают дальнейшей обработке в отго ночной зоне, наличие которой предусмотрено ниже дистилляционной колон непосредственно соединенной с зтой зоной, причем в последней предусмат ривается слой насадки высотой 5м. В нижнюю часть отгоночной зоны вводят 33 кг/ч углекислрго газа для отгонки легкокипящей фракции. Полученный смешанный.газ проходит через отгоночную зону, а также через ректификационную зону, после чего его отводят из верхней части дистилляционной колонны совместно с отпарен-, ным газом и газом, который отделяется в результате перегонки. В том случае, когда известный способ сочетают с предлагаемым способом отгонки, газ, отводимый из верхней части дистилляционной колонны, содержит в пересчете на расход потока 106,0 кг/ч аммиака, 60,0 кг/ч углекислого газа и 86,4 кг/ч воды, а продукты синтеза мочевины, отводимые из -нижней части насадочной колон1ны, содержат аммиак и углекислый газ, причем каждый из зтих продуктов содержится в количестве -1/0 кг/ч в пересчете на расход потока. При обработке продуктов синтеза мочевины предлагаемым способом в сочетании с известной отгонкой, газ, который отводят из верхней части дистилляционной колонйы, содержит в пересчете на расход потока 105,8 кг/ч аммиака, 59,8 кг/ч углекислого газа и 59,3 кг/ч воды. Температура в нижней части яасадочной колонны 125°С, а продукты синтеза мочевины, которые отводят из нижней части насадочной колонны содержат по 1;2 кг/ч :в пересчете на расход поTOKQB аммиака и углекислого газа. Аналогично примеру 1 количество выпаренной воды снижается приблизительно на 70% по сравнению с тем количеством, которое выпаривается при осуществлении известного способа. Формула изобретения 1. Способ вьщеления непрореагировавших аммиака; и углекислого газа из продуктов.синтеза мочевины из углекислого газа и аммиака, при повышенных температурах и давлении, содержащих мочевину, избыток аммиака, карбамат аммония и воду, путем обработки указанных продуктов синтеза мочевины на двух последовательных стадиях разделения включающих стадию высокого давления (10-170 атм) и стадию низкого, давления fl-5 атм) с выделением из продуктов синтеза на каждой стадии разделения газообразных сме- сей, каждая из которых содержит аммиак, углекислый газ и водяной пар, причем часть разделительной зоны на стадии низкого давления приходится на долю ректификационной зоны, состоящей из верхней части с температурой 60-120с и нижней части с температурой- 100-140 С, абсорбции каждой из упомянутой газообразных смесей абсорбентом в абсорбционных зонах, в которых поддерживается такое же давление, что и в соответствующих разделительных зонах, и возвратом полученного продукта абсорбции на стадию. синтеза мочевины, отличающийс я тем, что, с целью поврлиеяия эффективности процесса, продукты синтеза мочевины, отводимые со стадии разделения высокого давления, предварительно охлаждают до температуры 105170 С продуктами синтеза мочевины из нижней части ректификационной зоны стадий низкого давления, снижают давление охлажденных продуктов синтеза мочевины до давления 1-5 атм и вводят их в верхнюю часть ректификационной зоны стадии низкого давления.

5 источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ОНА 3725210, кл, С 07-С 127/04, опублик. 1969 (прототип) .