Способ переработки продуктов синтеза мочевины и устройство для его осуществления

 

1. Способ переработки продуктов синтеза мочевины, включающий выделение непревращенных аммиака и двуокиси углерода в две последовательные стадии с промежуточной сепарацией газов нисходящим током жидкости - карбамата аммония на второй стадии, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, выделение на первой стадии ведут в токе жидкости, восходящем внутри обогреваемых теплообменных трубок. i СУ) С у I 00 СП Сл 1 tput.f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Н IlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 2789506/23-04 (22) 23.07.79 (31) 26010 А/78 (32) 24.07.78 (33) Италия (46) 07.04.84. Бюл.9 13 (72) Примо Пастормерло (Италия) (71) Стамикарбон Б.В. (Нидерланды) (53) 661,717.5(088.8) (5 ) 1. Патент ФРГ Р 1468628, кл. 12о 17/03, опублик ° 1963 (прототип).

2. Патент Великобритании

9 1365707, кл. С2С, опублик. 1974 (прототип).

9(5П С 07 С 126/G2 (54 ) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОДУКТОВ

СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ переработки продуктов синтеза мочевины, включающий выделение непревращенных аммиака и двуокиси углерода в две последовательные стадии с промежуточной сепарацией газов нисходящим током жидкости — карбамата аммония на второй стадии, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, выделение на первой стадии ведут в токе жидкости, восходящем внутри обогреваемых теплообменных трубок.

10.85506

2. Устройство для >существления способа по п.1, содержащее колонну с верхней, нижней и центральной частями, вертикально установленные трубки с открытыми концами, смонтированные по всей высоте центральной части колонны, патрубок подачи исходного раствора, патрубок отвода газов, соединенный с верхней частью колонны, патрубок отвода мочЕвины, соединенный с нижней частью колонны, и патрубки подачи и отвода теплоносителя в межтрубное пространство центральной части колонны, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что колонна снаб»ена вертикально установленной

Изобретение относится к усовершенствованному способу переработки продуктов синтеза мочевины из амми— ака и двуокиси углерода и к устройству для его осуществления. 5

Известен способ переработки продуктов синтеза мочевины, так называемая "отпарная технология", включающий выделение непревращенных ННя и С". в две последовательные стадии с промежуточной сепарацией газов нисходящим током жидкости на второй стадии.

В известном способе весь ЛН, необходимый для синтеза мочевийы, используется перед подачей в реак— тор синтеза мочевины в качестве отпарного агента и противотоком под ется в реактор разложения расплава мочевины, содержащего карбамат )1j .

Недостатки известного способ- 20 следующие: очень большую массу газа пропускают через реактор разложения, размер которого приближается к критическому, захлебывание колонны, расплав мочевины, выходящий из реа«- 25 тора разложения, содержит большое количество МН и некоторое количесТВо карбамата аммония и таким образом требует для последующей обработки дорогое оборудование. ЗО

Известно устройство для выделения мочевины иэ раствора продуктов реакции аммиака и двуокиси углерода, содержащее колонну с верхней, нижней и центральной частями, вертикально 35 установленные трубки с открытыми концами, смонтированные по всей высоте центральной части колонны, патрубок подачи исходного раствора, патрубок отвода газов, соединенный с верхней частью колонны, патрубок отвода мочевины, соединенный с нижней частью перегородкой, смонтированнбй в центральной части колонны на всей ее высоте и делящей ее на две секции, причем патрубок подачи исходного раствора соединен с нижним участком и рвой секции центральной части колонны.

3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что перегородка выполнена в виде полого цилинд ра, смонтированного соосно колонне..

4. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что перегородка выполнена плоской, а обе секции расположены рядом друг с другом. колонны, и патрубки подачи и отвода теплоносителя в межтрубное пространство центральной части колонны (2) .

Недостатком известного устройства являются ограниченные воэможности повышения производительности, определяемые условиями захлебывания колонны. Кроме того, в этом устройстве необходимо использовать большие количества пассивирующего агента для предотвращения коррозии на нагретых поверхностях большой площади элементов устройства из нержавеющей стали.

Пелью изобретения является повышение эффективности процесса., Поставленная цель достигается тем, что согласно способу переработки продуктов синтеза мочевины,включающему выделение непревращенных аммиака и двуокиси углерода в две последовательные стадии с промежуточной сепарацией газов нисходящим током жидкости — карбамата аммония на второй стадии, выделение на первой стадии ведут в токе жидкости, восходящем внутри обогреваемых теплообменных трубок.

B устройстве для осуществления способа, содержащем колонну с верхней,, нижней и центральной частями, Вертикально установленные трубки с открытыми концами, смон HpQBo.èèûà по всей высоте центральной части колонны, патрубок подачи исходного раствора, патрубок отвода газов, соединенный с верхней частью колонны, патрубок отвода раствора мочевины, соединенный с нижней частью колонны, и патрубки подачи и отвода теплоносителя в межтрубное пространство центральной части колонны, колонна снабжена вертикально установленной перегородкой, смонтированной в центральной части колонны на всей ее

1085506 высоте и делящей ее на две секции, причем патрубок подачи исходного раствора соединен с нижним участком первой секции центральной части колонны.

Причем перегородка выполнена в виде полого цилиндра, смонтированного соосно колонне.

Кроме того, перегородка выполнена плоской, а обе секции расположены рядом друг с другом.

На фиг.1 представлена технологическая схема предлагаемого способа на фиг.2 — устройство для ссуд ествления способа, вертикальный разрез; на фиг.3 — разрез A A на фиг.2; на фиг.4 — разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 — вариант выполнения устройства, вертикальный разрез; на фиг.6 разрез В-В на фиг.5, на фиг.7 — разрез Г-Г на фиг.5.

Основной отличительный признак предлагаемого способа показан на фиг.1.

В реакторе 16 синтеза подаваемые

NH и СО реагируют под давлением и при высокой температуре, образуя расплав мочевины УМ (содержащий мочевину, карбамат аммония, свободный

NH> и другие побочные продукты).Как правило, в реактор 16 подают избыток

NH по отношению к стехиометрическому количеству, причем раствор УМ, стекающий в нижнюю часть реактора

16, содержит значительные количества свободного NH и карбамата аммония, разлагающегося в результате термического разложения на NH и СО которые затем могут рециркулировать в реактор 16 синтеза. Как правило, этот реактор работает при высоких температурах (например 160-250 С) и. при давлении, например, 100-300 бар и при высоких соотношениях NH ..СО, например, в интервале 2,5:10. Обработка расплавов мочевины заключается в термическом разложении, осуществляемом в виде следующих стадий при критических условиях.

На стадии I значительное количество NH отгоняют от раствора мочевины и при этом разложению подвергается лишь незначительное количество карбамата. Для этого одновременно с расплавом мочевины можно подавать свежую СО . Стадия I фиксируется диаграммным блоком, в который УМ подается из реактора и из которого отгоняют пары, регенерируемые и рециркулируемые в реактор традиционным способом.

Обработанный таким образом раствор мочевины УМ подают на вторую стадию обработки П, где происходит разложение основной массы карбамата (а остаточное количество свободного

NHg отгоняется), предпочтительно отпариванием УМ противотоком к све t0 жей СО . Газы, образованные в результате разложения карбамата на стадии П, регенерируют и рециркулируют в реактор традиционными способами, то же с амое происходит с остаточным отогнанным ЛН, а по линии подается раствор мочевины УМ, практически не содержащий свободного ИП и карбама/I

1у та. Раствор УМ, полученный предлагаемым способом, практически не нуждается в дополнительной обработке с целью регенерации NH. и СО .

Стадии способа можно осуществлять при одном и том же давлении,например, при давлении синтеза, но можно проводить процесс и при различных величинах давления, которые могут отличаться от давления синтеза. .Предлагаемый способ можно проводить в очень простых, эффективных и дешевых обрабатывающих Устройствах (фиг.2 и 3).

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит колонну 1 с верхней а, центральной и нижней b частями. По всей высоте центральной части колонны 1 смонтированы вертикально установленные трубки 2 с открытыми концами. Для монтажа трубок 2 предусмотрены верхняя 3 и нижняя 4 трубные решетки.

30 В верхней части а колонны 1 имеется газовый коллектор 6, а в нижней Ь вЂ” жидкостной коллектор 5. Устройство снабжено патрубком 7 подачи исходного раствора, патрубком 8 от35 вода газов, соединенным с верхней частью а. колонны 1, а также патрубI ком 9 отвода мочевины, соединенным с нижней частью Ь колонны 1.

Для подачи отвода теплоносителя

40 в межтрубное пространство центральной части колонны предусмотрены соответственно патрубки 10 и 11. Колонна снабжена вертикально установленной перегородкой 12, смонтирован45 ной в центральной части колонны на всей ее высоте и делящей ее на две секции — первую с и вторУю d. Патрубок 7 подачи исходного, раствора соединен с нижним участком первой секции с в центральной части колонны 1.

50 .Перегородка 12 может быть выполнена в виде полого цилиндра (фиг.2-4), смонтированного соосно колонне 1.

Перегородка может быть также выполнена плоской (фиг.5-7), при этом

55 обе секции расположены рядом друг с другом.

Верхний край перегородки 12, рас положенный в верхней части а колонны 1, представляет собой жидкостную

60 переливную перегородку 13, в которой могут быть выполнены щели. В нижней части Ь колонны 1 предусмотрено кольцевое питательное пространство 14, расположенное под нижней

65 трубной решеткой 4. Для подачи га1085506 эообразного COg в нижней части ко,лонны 1 предусмо" ðåí патрубок 15 с соплами.

Устройство работает следующим образом.

Расплав мочевины, содержащий карбамат аммония, свободный аммиак и воду и полученный в реакторе синтеза 16, подается по патрубку 7 через сопла в кольцевое питательное пространство 14. 10

Расплав внутри трубок 2 поднимается по первой зоне с"в верхнюю часть колонны и обогревается паром, поступающим в межтрубное пространство по патрубку 10. 15

Температура теплоносителя (пара ) и время пребывания расплава выбира-, ется таким образом, чтобы внутри трубок 2 первой секции с разложилась лишь небольшая часть карбамата аммония и отгонялась основная часть свободного аммиака. Далее расплав мочевины движется внутри трубок 2 в первой секции прямотоком с парами, образовавшимися при отгонке аммиака и при разложении карбамата аммония.

При этом температура трубок 2 — 190О

220 С, а время пребывания расплава мочевины составляет менее 50 с„ предпочтительно 3-12 c..

В верхней части а колонны на выходе из трубок 2 первой секции происходит отделение паров (ИН,СО и Н О) от расплава мочевины. Пары собираются в паровом коллекторе б, а расплав мочевины через переливную 35 перегородку 13 поступает во вторую секцию 6 колонны и стекает в виде тонкой пленки по внутренним поверхностям трубок 2 в нижнюю часть b колонны 1 противотоком с потоком 40 свежего газообразного СО, который подается от внешнего источника (не показан) через патрубок 15 с соплами или с парами, полученными во второй секции й, когда свежий СО 45 подается.

Так как расплав мочевины движется внутри трубок 2 второй секции d в виде тонкой пленки и в межтрубное пространство подается теплоноситель (пар), обеспечивается хороший контакт между расплавом мочевины и движущегося противотоком свежего СО или газов, отделенных от расплава мочевины при движении вниз и отго3ка карбамата аммония и аммиака завершается, в основном, во второй секции й.

Пр тедпл й:обработку расплав мочевины высокой чистоты собирается s нижней части колонны 1 в жидкостном 60 коллекторе 5. Этот расплав требует небольшой или не требует совсем дополнительной обработки.

На фиг.2-4 представлен вариант выполнения устройства, в котором 65 первая и вторая секции выполнены кон— центрическими, а на фиг.5-7 представлен вариант выполнения, в котором перегородка выполнена плоской, а обе секции расположены рядом друг с другом.

С р а в н и т е л ь н ы и и р и м е р . Устройство для выделения или отпарной аппарат, применяемый в традиционной технологии с использованием двуокиси углерода в качестве агента десорбцРи, загружают расплавом мочевины состава, кг: NH> 45,33;

СОд 29,33; мочевина 60 (1 кмоль), Н О 36. Всего 170,66 кг. Условия работы реактора синтеза: мольное соотношение NH/CO, равно. 2,8, выход мочевины 60%.

В каждой из двух трубок используется 1 кмоль обработанной мочевины, причем каждая трубка имеет внутренний диаметр 25 мм и длину б м. Для увеличения выхода в реакторе синтеза, в котором производится расплав мочевины, подаваемый в указанное отпарное устройство, такой реактор должен работать при молярном соотношении NH /COq большем 2,8 и равном, например,4. Однако в случае, когда отношение NH9/OO = 4, количество газов, выделяющихся иэ расплава и проходящих через устройство, увеличивается и требует использования трубок, имеющих диаметр выше 25 мм (например, D„ = 30 мм), и более короткой длины (например, 4,3 м), что необходимо, чтобы избежать захлебывания трубок и понизить общую поверхность разлагающего устройства пропорционально увеличенному выходу от 60 до 70Ъ, т.е, при соотношении 60/70. На установке производительностью 1000 т мочевины в день такая обычная отгонка требует аппарата, содержащего 1388 трубок.

Приме р 1. В томслучае, когда используют двухстадийный способ, можно работать с разлагающим устройством, относящимся к типу, в котором в первую зону разложения подают расплав, состава, кг: NH> 63,13, СО 18,85, мочевина 60 (1 кмоль), Н О 33,42. Всего 175,40 кг. Условйя работы реактора синтеза: мольное соотношение NH>/CC< равно 4, выход мочевины 70%, давление 160 бар, температура 190 С.

При потоке мочевины в каждой из трубок, равном 1000 кг (диаметр трубок равен, например, 20 мм, а длина б м), число трубок устройства для выделения мочевины иэ раствора и первой зоне с для установки производительностью 1000 Мт/день (694,4 кмоль мочевины/ч )равно 122.

Первая эона с обогревается паром при 200 С. Время пребывания раство1085506 ра мочевины в этой зоне с составляет

3 с.

Состав расплава мочевины, который после первой зоны обработки входит через переливную перегородку 13 второй эоны разлагающего устройства, кг: NHq 39; СО 15,5, мочевина

60 (1 кмоль), Н О 29, 3. Всего

143,8 кг.

При подаче в устройство для выделения 22 кг свежей отпарной СО патрубком 15(около 1/2 кмоль СО на каждый кмоль мочевины) вверх йротивотоком по отношению к движущемуся вниз потоку расплава мочевины в трубки второй зоны (нагретые до

200 С) собирают в нижней донной части расплав мочевины, следукщего состава, кг (вес.%): NHq 4(5), СО 1,6 (2), мочевина 60 (75), Н О 14,4 (18)

Расплав мочевины далее вйходит из патрубка 9. Время пребывания расплава во второй зоне 15 с.

Из верхней головной части устройства для выделения через патрубок 8 выходит поток газа следующего состава, кг: МН 59,13, СО2 17,25+22;

Н О 19.

При потоке, проходящем через каждую трубку второй зоны, равном 100 кг при этом трубка имеет внутренний диаметр 20 мм и длину 6 мм, число трубок 999. Общее число трубок для первой и второй эон 1121.

На установке, используемой в сравнительном примере, для известного способа (1388 трубок с диаметром

25 мм) уменьшение веса устройства для выделения составляет 27.000 кг, что дает большую экономию в денежном отношении. Эта экономия вычислена беэ учета разницы в выходе (70% в примере 1 согласно изобретению и

60% согласно общепринятой технологии по сравнительному примеру). С учетом повышения выхода дополнительная экономия получается от снижения количества карбамата, которое необходимо разложить. Полученные выше результаты также справедливы и в том случае, когда не используют отпарного агента (СО2 = О). Состав расплава мочевины, выгружаемого из сопла 9, в отсутствии свежей СО, кг (вес.Ъ):

NHq 8(9,4); СО 2,6 (3), мочевина

60 (70,1), Н2О 15 (17, 5) .

Пример 2. При использовании предлагаемого способа и устройства для его осуществления (работаюшего при давлении в реакторе 160 бар и температуре 200 С, изобарная петля) получают состав расплава мочевины на выходе из устройс- за второй зоны и (нагрев до 200 C), приведенный в таблице.

Содержание компонентов,вес.%, в составе

Комп оненты

Без отпаривания

СО2

При использовании отпаривания с помощью 22 кr СО

9,4

СО2

Мочевина

70,1

Н20

17,5

Время пребывания в первой и второй зонах составляет 5 и 15 с соот30 ветственно.

Таким образом, по примеру 1 со став расплава мочевины, обрабатываемого предлагаемым способом, следующий: NH 9,4%; мочевина 70,13 (в от35 сутствие противотока C0> ), NH 5t, мочевина 75% (при небольшом противотоке СО2).

В то время как по известному способу, с использованием аммиака как агента отгонки, выгружают из аппарата для разложения расплав мочевины состава, Ъ: NH 47,79, мочевина 39,41.

Сравнивая приведенные составы, видно, что в растворе, обработанном согласно изобретению в реакторе разложения карбамата, разложение протекает практически полностью (и остаточное количество аммиака ничтожно), тогда как в растворе, обработанном по известному способу, содержание ам50 миака значительно, а содержание мочевины сравнительно низкое и поэтому необходима последующая обработка на дорогостоящем оборудовании для удаления остаточного аммиака из раствора

55 и возвращения его в реактор для синтеза.

1 085506

1085506 фиг. 8

Составитель И.Волгина ,Редактор Н..Цуган;. Техред Л.Микен Корректор О. Билак

Заказ 2047/56 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óêãîðoä, ул.Проектная,4.