Способ получения мочевины Советский патент 1982 года по МПК C07C126/02 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ

Изобретение отеосится к способу получения мочевины из двуокиси углерода и аммиака, в частности к усовершенствованию стадии отделения непрореагировавших компонентов из потока синтезированной мочевины и последующего g .возвращения их на стадию синтеза.

Известен способ получения мочевины из двуокиси углерода и аммиака, согласно которому процесс ведут при 180-210° С и давлении 150-400 кг/см с последующим отделением и ре- ю циклом непрореагировавщих компонентов на стадию синтеза. Обычно непрореагировавшие компоненты, содержащие избыток аммиака, углекислый газ и воду, рециркулируют или в виде газовой фазы, для чего непрореагиро- |5 вавшие компоненты подвергают сжатию, юш в виде раствора, который получают путем конденсации или адсорбции водным адсорбентом 1 .

Рециркуляция непрореагировавших компо- 20 нентов в виде газа имеет ряд преимуществ: снижены потери тепла на стадии извлечения непрореагировавших компонентов и тепло необходимое для зтого получают в виде ; ного пара из зоны синтеза мочевины, где jg

поддерживается повышенная температура, поскольку непрореагировавщие материалы рециркулируют в зону синтеза мочевИйы в виде газовой смеси, имеющей высокую температуру. В то же время этот способ решркуляции имеет и существенные недостатки, основным из кото рых является значительная потребность в энергии на сжатие газовой смеси и трудности конструкционного характера, поскольку подвергаемая сжатию газовая смесь очень коррозионно опасна и имеет высокую температуру. Снижать температуру газовой смеси при ее сжатии нельзя, поскольку при понижении температуры может начаться конденсация и отверждение карбамата аммония, что может вызвать выход из строя компресогонной аппаратуры.

При рециркуляции раствора затрачивается значительно меньше знергии на сжатие раствора до давления синтеза мочевины, однако в этом случае значитёльнь потери тепловой энергии. Последние вызваны тем, что конденсация или абсорбция сильно нагретой газовой смеся требует эффективного охлаждения. Теплота конденсации или аботрбцня непрореагировавших компонентов может быть использована 397 в теплообменнике, однако эффективность использованного тепла очень невелика. Цель изобретения - снижение энергетических затрат. Поставленная цель достигается тем, тто согласно способу получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при 180-185° С и давлении 160-180 кг/см с последующим отделением и.рециклом непрореагировавших компонентов на стадию синтеза процесс проводят при мольном соотношении аммиака к двуокиси углерода 5:1 - 12:1 с последующим отделением непрореагировав ших компонентов при температуре на 5-25 С И давлении на 0,5-5 кг/см, превышающих темjjOepaTypy и давление в зоне синтеза, и конденсацией 20-90% отделившейся газовой смеси с по- следующим раздельным рециклом газовой смеси и конденсата в зону синтеза. На чертеже приведена схема, поясняющая предлагаемый способ. Исходные аммиак и двуокись углерода подаю в зону 1 восстановления, тепла по трубопроводам 2 и 3 соответственно. В зоне 1 восстановления тепла поддерживают давление на 0,1 кг/см или более выше, чем давление в зоне 4 синтеза мочевины, и температуру синтеза мочевины. В зоне 1 восстановления тепла исходные аммиак и двуокись углерода вступают в реакцию друг с другом с образованием карбамата аммония, во время которой выделяется тепло, при этом часть этого тепла используют для проведения операции в зоне 4 синтеза мочевины, а дру гую часть отводят с паром. Зона 1 восстановления тепла связана трубопроводом 5 с зоной 4 синтеза мочевины, в которой поддерживают температуру 180-185 С и давление 160 - 180 кг/см. Поток синтезированной мочевины из зоны 4 синтеза мочевины через выходное отверстие по трубопроводу 6 проходит к насосу 7, в котором его давление возрастает на 0,2 кг/см или более. Сжатый таким образом раствор поступает в сепаратор 8 высокого давления: по Tpy6orfpo- воду 9. Сепаратор 8 высокого давления работает под давлением на 0,5 кг/см или более выше, чем давление в зоне 1 восстановления тепла И нагревается горячей жидкостью, поступающей по трубопроводу 10 и отводимой по трубопроводу 11. Непрореагировавшие материалы отделя ют в параторе 8 высокого давления от потока синтезированной мочевины в виде газообразнойcSiecH аммиака, двуокиси углерода и водяного пара и подают в зону I восстановления тепла по трубопроводу 12. В то же время поток сйтёзированной мочевины, из которого быля выделены непрореагировавшие i aтериапы. последовательно поступает по трубопро воду 13 сначала в сепаратор 14 феднего давлеНИН J а затем в сепаратор 15 низкого давления для отделения из него небольших количеств оставшихся непрореагировавших компонентов н в заключение отводится по трубопроводу 16 в виде водного раствора мочевины, содержащего лищь следы непрореагировавших компонентов. Так, в сепараторе 14 среднего давления, в котором поддерживается давление 14-18 кг/см и температура 140-170°С, отделяют 20-90% нерореагировавших веществ из потока синтезированной мочевины и вьшодят их по трубопроводу 17 в виде газовой смеси углекислого аза, аммиака и водяных паров. Поток синтезированной мочевины, из которого таким образом отделили непрореагировавшие продукты, по трубопроводу 18 подают в сепаратор 15 низкого давления, в котором.все непрореагировавшие компоненты отделяют от потока синтезированной мочевины. Полученный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В сепараторе низкого давления поддерживают температуру 110-145° С и давление в пределах 0,05-3,5 кг/см, при этом смешанный газ из двуокиси углерода, аммиака и водяных паров отделяют способом, оп41санном выше. Газовую смесь, отделенную в сепараторе низкого давления, подают затем по трубопроводу 19 в конденсатор 20 низкого давления, в котором газ охлаждают до 30-60° С для конденсации и образования водного раствора, содержащего карбамат аммония: Вод1ПзШ раствор подвергают сжатию и подают в коьщенсатор 21 умеренного давления с помощью насоса 22. В конденсаторе 21 умеренного давления смешанный газ, поступающий по трубопроводу 17 и состоящий из двуокиси углерода, аммиака и водяных паров, абсорбируется при 50- 120°С. Полученный раствор возвращают затем в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 23 с помощью насоса 24. Пример 1. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи 56,8 т/день и 74,0 т/день соответственно, а затем по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавпгами материалами по трубопроводам 12 и 23. В зоне синтеза мочевины устанавливают температуру 185° С и давление 180 кг/см. Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 102,1; карбамат аммония 43,4; аммиак (NH3:CO2 5,05)117,1; вода 47,1; биурет 0,4. Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7 где егб давление возрастает до 183 кг/см, а затем в сепаратор высокого давления по трубопроводу 9. В сепараторе высокого давления поддерживают температуру 195° С и давление 188 кг/см. В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 107,2 т/день аммиака, 6,7 т/день двуокиси углерода и 5,5 т/день воды и возвр щают в зону 1 восстановления тепла по трубо проводу 12. Степень конденсации смешанного газа, содержащего аммиак, двуокись углерода и воду, составляет около 80 вес.% в зоне 1 восстановления тепла, а полученный конденсат и оставшийся смешанный газ рециркулируют в зону 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5 Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством пара с давлением 20 кг/см. Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следую щий состав, вес. ч.: мочевина 100,4; аммиак . 14,9; вода 41,2; карбамат аммония 33,5; биу рет 0,6. Поток синтезированной мочевинй поступает в сепаратор 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру 170°С и давление 18 кг/см для отделения большей части оставшихся непрореагировавших материа лов из потока, поступающего .затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддержи вают температуру 140° С и давление 0,5 кг/см для отделения всех остаточных непрореагиро вавших компонентов. Полученный 76%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопр воду 16. В то же время отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного давления и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 33,7 вес. ч. карбамата аммония, 15,4 вес. ч. аммиака и 10,8 вес. ч. воды. Пример 2. Аммиак и двуокись угле рода подают в зону 1 восстановления тепла п трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи 57,2 т/день и 74 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими мате риалами по трубопроводам 12 и 23. В зоне синтезамочевины устанавливают температуру 180° С и давление 169 кг/см. Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 102; карбамат аммония 16,3; аммиак (NHaiCOj 11,5) 308,5; вода 65,0; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастает до 171 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9. В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 200° С и давление 171 кг/см. В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 297,7 т/день аммиака, 6,0 т/день двуокиси углерода и 25,9 т/день ВОДЫ и возвршцают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством пара с давлением 25 кг/см. Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 101,3; аммиак 15,4; вода 39,0; карбамат аммония 6,4; биурет 0,2. Поток синтезированной мочевины поступает в cenapafop 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру 170° С и давление 18 кг/см для отделения большей части оставшихся непрореагировавших компонентов из I потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140° С и давление 0,5 кг/см дЯя отделения всех остаточных непрореагировавших материалов. Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время отделенные непрореагировавшие материалы конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного давления и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют т зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 6,9 вес. ч. карбамата аммония, 15,5 вес. ч. аммиака и 8,5 вес. ч. воды. Количество. Конденсата в смеси газа, содержашего аммиак, двуокись углерода и воду, в тепловой зоне 1 восстановления составляет примерно 90 вес.%. Полученный конденсат и оставшийся смешанный газ рециркуиируют в зону 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5. Пример 3. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановле1шя тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачн 56,8 т/день и 74 т/день соответственно и дадее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими компонентами по трубопроводам 12 и 23. В зоне сш теза мочевины устанавливают температуру 185°С и давление 180 кг/см. Поток синтези|рованной мочевины из зоны синтеза мочевины имеет следующий состав, вес.ч.: мочевина 101,5; карбамат аммония 45,6; аммиак (NH3:COi 5,07) 118,4; вода 50,9; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастает до 180,5 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления по трубопроводу 9. В сепараторе 8 высокого давление поддерживают температуру 190°С и давление 180,5 кг/см В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 63 т/день аммиака, 4,9 т/день двуокиси углерода и 4,3 т/день йоды и возвращают в зону 1 восстановлешш тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состояиии посредством 25 кг/см пара. 79 Поток синтезированной мочевины в основани сепаратора 8 высокого давления имеет следую; щий состав вес. ч.: мочевина 100,4; аммиак/ 59,2; вода 46,3; карбамат аммония 383; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает в сепаратор 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру и давление 18 кг/см для отделения большей части оставшихся непрореагировавших материа лов из потока, поступающего aaievr в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддержи вают температуру 140° С н давление 0 кг/см для отделения всех остаточных непрореагироввавших компонентов. Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время, отделенные нёпрореагировавшие компоненты конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее /в конденсаторе 21 jTviepeHHoro давления (степень конденсации 88%) и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего и:з 37,6 вес.ч. карбамата аммония, 59,6 вес.ч. аммиака и 16,1 вес. ч. воды. Пример 4. Аммиак и двуокись зтлерода подают в зону I восстановления тепла По трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи 56,8 т/день и 74 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевины вместе с непрореагировавшими компонентами по трубопроводам 12 и 23. В зоне 4 синтеза мочевины устанавливают температ)фу ( 180°С и давление 160 кг/см. Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза мочеви ны имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 102,1; карбамат аммония 45,2; аммиак (МНз:С02 5,5) 135,7; вода 55,3; бнурет 0,1 Поток синтезированной мочевины поступает по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастает до 165 кг/см, а затем поток посту ет в сепаратор 8 высокого давления по тру бопроводу 9. В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 205°С и давление 165 кг/см. В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 122,9 т/день аммиака, 20,4 т/день двуокиси углерода и 12.,9 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддер живают в нагретом состоянии посредством 25 кг/см пара. Поток синтезированной мочешиы в оснований сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 100,1; аммиак 28,6; вода 41,8; карбамат аммония 11,5; биурет 0,2. Поток синтезированной мочевины поступает в сепаратор 14 Я)еднего давления, в котором поддерживают i температуру и давление 18 кг/см для отделения бблыией части оставшихся нёпрореа ровавших компонентов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру 140° С и давление 0,5 кг/см Для отделения всех остаточных непрореагировавших материалов. Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время отделенные непрореагировавшие компоненты конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного давления (степень конденсации 84%) и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 10,6 вес. ч. карбамата аммония, 29,0 вес. ч. аммиака и 11,8 вес. ч. воды. Пример 5. Аммиак и двуокись углерода подают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводам 3 и 2 при скорости подачи 57,2 т/день и 74,1 т/день соответственно и далее подают по трубопроводу 5 в зону 4 синтеза мочевшп 1 вместе с непрореагировавшими материалами по трубопроводам 12 и 23. Взоне 4 синтеза мочевины устанавливают температуру 180° С и давление 169 кг/см. Поток синтезированной мочевины из зоны синтеза мочевины имеет следующий состав, BeCi ч./ мочевина 102,0; карбамат аммония 16,3; аммиак (NHjiCOz 5,07) 308,5; вода 65,0; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает-по трубопроводу 6 к насосу 7, где его давление возрастаетдо 171 кг/см, затем поток поступает в сепаратор 8 высокого давления до трубопроводу 9. В сепараторе 8 высокого давления поддерживают температуру 185° С и давление 171 кг/см В нем отделяют от потока синтезированной мочевины 194,5 т/день аммиака, 1,8 т/день двуокиси углерода и 14,5 т/день воды и возвращают в зону 1 восстановления тепла по трубопроводу 12. Сепаратор 8 поддерживают в нагретом состоянии посредством 24 кг/см пара. Поток синтезированной мочевины в основании сепаратора 8 высокого давления имеет следующий состав, вес. ч.: мочевина 101,9; аммиак 115,4; вода 50,5; карбамат аммония 13,1; биурет 0,1. Поток синтезированной мочевины поступает в сепаратор 14 среднего давления, в котором поддерживают температуру 170° С и давление 18 кг/см для отделения большей части оставшихся непрореагировавших материалов из потока, поступающего затем в сепаратор 15 низкого давления, в котором поддерживают температуру и давление 0,5 кг/см для отделения . всех остаточных непрореагировавших материалов. Полученный 77%-ный водный раствор мочевины отводят по трубопроводу 16. В то же время отделенные непрореагировавшие материалы конденсируют в конденсаторе 20 низкого давления и далее в конденсаторе 21 умеренного

давления и конденсат по трубопроводу 23 рециркулируют в зону 1 восстановления тепла в виде водного раствора, состоящего из 14,4 вес. ч. карбамата аммония, 115,4 вес. ч. аммиака и 19,9 вес. ч. воды.

Количество конденсата в смеси газа, содержащего аммиак, двуокись углерода и воду,

Способ

МИЦУИ-ТОАЦУ TR-C (улучш.)

СТАМИ (удаление СОг)

СНАМ (удаление NHj)

Способ согласно изобретению Из данных таблиц видно, что предлагаемый способ имеет преимущество перед известными способами не только в отнощении качества мочевины, определяемого содержанием агломератов, но и в отнощении экономии водяного па ра. Формула изобретения Способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при температуре 180-185 С и давлении 160-180 кг/см с последующим отделением и рециклом непрореагнровавших компонентов на стадию синтеза, отличающийся тем, что, с целью сннже1шя знергев тепловой зоне I восстановления составляет, примерно 23 вес.%. Полученный ковденсат и оставшийся смещанный газ рециркулируют в зог ну 4 синтеза мочевины по трубопроводу 5. В табл; 1 и 2 приведены сравнительные данные, характеризующие предлагаемый и известный способы.

Т а б л и ц а 1

I

Содержание агломератов, % Менее 0,8

Менее 0,9

0,75

Менее 0,6 Таблица 2, тических затрат, последний проводат при мольном соотнощении аммиака к двуокиси углерода 5:1-12:1 с последующим отделением непрореапфовавщих компонентов при температуре на 5-25°С и давлении на кг/см, превьпиающих температуру и давление в зоне синтеза мочевины, и конденсацией 20-90% отделившейся тазовой смеси с пocлeдyIOЩи( раздельным рециклом j-аэовой смеси и конденсата в зону синтеза. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. К)гчерявый В. И., Лебедев В. В. Синтез я применение карбамида. Л., Химия, 1970. с. 187-208.

/г

4ч

Т

л

NJ

/i

/5

г

25