Способ получения мочевины

 

Изобретение касается способа получения мочевины и может быть использовано в основном органическом и нефтехимическом синтезах. Цель - снижение расхода пара на стадии упарива ния. Процесс ведут: а) реакцией избытка NHj с СО при 125-220 атм и 180-200 С с получением раствора синтеза мочевины, содержащего карбамат и б) подачей его на I-M стадию разложения при давлении синтеза с подводом тепла и конденсацией газовой фазы в 1-й конденсационной зоне; в) подачей раствора мочевины на 2-ю стадию разложения при 5-40 атм; г) разложением карбамата с удалением газовой смеси и ее растворением в воде с получением раствора Ш, и д) разложением оставшегося карбамата за счет подачи дополнительного тепла с отделением образовавшейся газовой смеси; е) обработкой раствора мочевины с получением газовой фазы и ее конденсации раствором карбамата и с получением 75%-ного раствора, который упаривают до 95%. Раствор мочевиг ны, подлежащий упариванию, вводят в трубки кожухотрубного теплообменника. Газовую смесь с 2-й стадии разложения подают в его кожух противотоком к раствору мочевины, раствор NHj и СО с последующей стадии разложения при 45-50 с подают в среднюю часть кожуха, причем количество его обеспечивает точку росы газовой смеси 115-153 С, Конденсат выгружают из межтрубного пространства в том конце, где раствор мочевины вводят в трубки. Способ позволяет снизить расход пара при давлении 5 атм на 3820 кг/ч под давлением 4 бара и при давлении 18 атм на 2550 кг/ч под давлением 4 атм. 1 ил. О) С Сл Ч со ел

союз советсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н llATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3814605/23" 04 (22) 12. 11.84 (31) 8303888 (32) 13.11.83 (33) %. (46) 07.01.89. Бюл. У 1 (71) УНИ ВАН Кунстместфабрикен, БВ (Х? ) (72) Кес Йонкерс (НТ.) (53) 547.495.2.07(088.8) (56) Патент Великобритании В 1091925, кл. С 2 С, 1965. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫ (57) Изобретение касается способа получения мочевины и может быть использовано в основном органическом и нефтехимическом синтезах. Цель — снижение расхода пара на стадии упарива-. ния. Процесс ведут: а) реакцией из»

:бытка ИН с СО при 125-220 атм и

180-200 С с получением раствора син"теза мочевины, содержащего карбамаr и NH ; б) подачей его на 1-ю стадию разложения при давлении синтеза с подводом тепла и конденсацией газовой фазы в 1-й конденсационной зоне; в) подачей раствора мочевины на 2-ю стадию разложения при 5-40 атм; r) 1

Изобретение относится к способу получения мочевин, иэ аммиака и двуокиси углерода.

Целью изобретения является сниже-. ние расхода пара на стадии упариванйя раствора мочевины.

На чертеже указана технологическая схема устройства, реализующего способ.,SU„„14507 5 АЗ (5g 4 С 07 С 126/02 разложением карбамата с удалением газовой смеси и ее растворением в воде с получением раствора NH и СО ; д) разложением оставшегося карбамата за счет подачи дополнительного тепла с отделением образовавшейся газовой смеси; е) обработкой раствора мочевины с получением газовой фазы и ее конденсации раствором карбамата и с получением 75Х-ного раствора, который упаривают до 957. Раствор мочеви.. ны, подлежащий упариванию, вводят в трубки кожухотрубного теплообменника. Газовую смесь с 2-й стадии разложения подают в его кожух противотоком к раствору мочевины, раствор NH+ и в

СО с последующей стадии разложения при 45-50 С подают в среднюю часть кожуха, причем количество его обеспечивает точку росы газовой смеси

115-153 С, Конденсат выгружают из Я межтрубного пространства в том конце, где раствор мочевины вводят в трубки.

Способ позволяет снизить расход пара при давлении 5 атм на 3820 кг/ч под давлением 4 бара и при давлении

18 атм на 2550 кг/ч под давлением

4 атм. 1 ил.

На схеме обозначены эона 1 синтеза, первая стадия 2 разложения, например, зона десорбции, первая зона 3 конденсации и скруббер 4. Эти узлы образуют часть аппаратуры высокого давления для синтеза мочевины, где поддерживают давление, например, 125350 бар, клапаны 5-7 расширения, soна 8 нагревания, газожидкостные сепа3 145073 раторы 9 и 10, сосуд 11 для хранения раствора мочевины, который надо упарить, первая 12 и вторая 13 стадии упаривания вторая зона 14 конденсаУ

5 ции и сосуд 15 для хранения карбаматного раствора, полученного на стадии теплообмена на первой стадии упаривания, насос 16 для перекачки карбаматного раствора и жидкостный эжектор 17.10

Через линию 18 и эжектор 17 пропускают жидкий аммиак вместе с карбаматным раствором, подаваемым через линию

19 из струббера 4, через линию 20 на первую зону 3 конденсации. Через ли-. нию 21 газовую смесь подают туда же иэ зоны 2 десорбции. Эту газовую смесь получают путем пропускания в зоне 2 десорбции при подаче тепла, причем раствор для синтеза мочевины проходит через линию 22.из зоны 1 синтеза противотоком к двуокиси углерода, которую вводят в эту зону через линию 23, Первая, зона конденсации может, на- 25 пример, Г ыть сконструирована как вертикальный трубчатый теплообменник.

Тепло, выделяющееся в этой зоне при получении карбамата аммония, отводится при помощи воды, питающей бойлер, которая превращается в этом процессе в пар низкого давления 4-5 атм. Зону десорбции можно также сконструировать в виде вертикального трубчатого теплообменника. Тепло, требуемое для де35 сорбции, подводится в виде пара высо кого давления, например 15-30 атм.

Карбаматный раствор, образованный в первой зоне 3 конденсации, и несконденсированный газ подаются в зону 1 синтеза через линию 24 ° E этой зоне образуется достаточно тепла при даль.нейшей конденсации аммиака и двуокиси углерода до карбамата для удовлетворения потребности в тепле для эндо- 45 термической конверсии карбамата в мочевину. Через линию 25 газовую емесь, несконденсированную в зоне синтеза и содержащую инертные газы, выведенные в процессе со свежим аммиаком и двуокисью углерода, и возможно пассивирующий воздух или кислород, вводят в скруббер 4, где аммиак и двуокись углерода, присутствующие в газе, промываются карбаматным раствором, подан" ным через линию 26. Инертные газы выходят через линию 27.

Десорбиронанный раствор для синтеза мочевикы отводят из зоны 2 де5

4 сорбции и пропускают через линию 28, расширительный клапан 5 где давление снижается до 4-40 бар, например, примерно до 24 бар, и через зону 8 нагрева, где реакционную смесь нагревают теплообменом до 125-180 С, например, до 165 С, причем часть карбамата, которая еще присутствует, разлагается в газожидкостный сепаратор 9. Из этого сепаратора образованную газовую фазу, смесь, содержащую в основном аммиак, двуокись углерода и водяной пар, отводят через линию 29 и оставшуюся жидкую фазу через линию 30. При помощи расширительного клапана 8 давление жидкой фазы снижается до 1-10 бар, например, примерно до 7 бар, и гаэожидкостную смесь, образованную в этом процессе, подводят к газожидкостному сепаратору 10. Газовую фазу, выделяющуюся в нем, т.е. смесь, содержащую в основном аммиак, двуокись углерода и водяной пар, пропускают через линию 31 к второй конденсационной зоне 14 и конденсируют там с образованием карбаматного ра< твора при помощи водного раствора, например конденсата процесса, подаваемого через линию 32. Тепло, выделяющееся при конденсации, отводят при помощи охлаждающей воды.

Жидкая фаза, полученная в газожидкостном сепараторе 10, течет через линию 33 и расширительный клапан 8, где в растворе сбрасывают давление до атмосферного или ниже, например, примерно до 0,6 бар, в резервуар

11 для хранения. Из последнего полученный раствор, содержащий, например, 70 мас,X мочевины, который все еще содержит аммиак и двуокись углерода, подают через линию на первую стадию

12 упаривания. Затем раствор мочевины, который уже сконцентрирован до, например, более чем 90 мас.Ж мочевины, пропускают через линию 35 на вторую стадию 13 упаривания. Зона нагрева на этих стадиях упаривания для процесса предлагаемого изобретения сконструирована в виде вертикального кожухотрубного теплообменника. Можно использовать также горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник, но это требует более сложной конструкции устройства. Водяной пар, полученный на двух стадиях упаривания, содержащий небольшие количества жидкой мочевины, аммиака и двуокиси углерода, .14507 направляют после конденсации через соответственно линии 36 и 37 в непредставленную установку для переработки конденсата процесса подобно га5 вовой фазе, отводимой через линию 38 из резервуара 11 для хранения.

Тепло, необходимое для упаривания на второй стадии 13 упаривания, подводят при помощи конденсации пара 10 низкого давления. Тепло, требуемое на первой стадии 12 упаривания, подается в ходе конденсации газовой смеси, отводимой через линию 29 из газожидкостного сепаратора 9. Эту газовую 15 смесь пропускают в межтрубное пространство кожухотрубного теплообменника на первой стадии 12 упаривания, на которую подводят раствор карбамата из второй эоны 14 конденсации одно- 20 временно через линию 33. Таким образом, точка росы газовой смеси, которую надо сконденсировать, поднимается. Карбаматный раствор также функционирует как конденсирующий агент и 25 растворитель для газовой смеси, которую конденсируют.

Предпочтение отдается пропусканию газожидкостной смеси через зону нагрева противотоком к раствору мочеви- 30 ны, который надо упарить. Карбаматный раствор, образованный в межтрубном пространстве конденсатора, пропускают через линию 36 к сосуду 15 для хранения, создают давление синтеза при помощи насоса 16 и пропускают через линию 26 в верхнюю часть скруббера 4 для удаления аммиака и двуокиси углерода иэ газовой смеси, содержащей инертные газы, которые от- 40 водятся через линию 24 иэ эоны 1 синтеза.

Упаренный раствор мочевины отводят через линию 37.

Если тепло, которое выделяется при 45 конденсации газовой смеси, подаваемой через линию 29, недостаточно для удовлетворения общих потребностей в тепле на первой стадии упаривания, нехватку можно компенсировать кондея- 50 сацией пара низкого давления. В этом случае кожух зоны нагрева должен быть разделен на два о-:деления.

Пример 1. При использовании описанного процесса мочевину получают 55 в предлагаемой установке, имеющей производительность 1500 т в день.

Давление в секции высокого давления установки 157,3 атм, во второй стадии

35 6 разложения и в межтрубном пространстве нагревателя на первой стадии унаривания давление 23,5 атм.

В секцию высокого давления установки вводят 25, 560 кг NH, который содержит 107 кг H O и который пред" варительно нагрет до 85 С, и 38681 кг раствора карбамата, содержащего

16521 кг СО, 13392 кг NH и 8228 кг

Н О. Температура в реакционной зоне о

183 С и молярное отношение N/C 2,95.

В зону десорбции вводят 179594 кг раствора для синтеза мочевины и де" сорбируют 48,133 кг газовой смеси, содержащей 46079 кг CO и в остальном инертные газы, в основном воздух.

Иэ зоны десорбции отводят 120382 кг мочевины, 291 кг биурета, 15556 кг

СО, 13193 кг NH> 27775 кг Н О и

27 кг инертных компонентов. На второй стадии разложения давление десорбированного раствора для синтеза мочечины снижают до 23,5 атм и при помощи теплообмена температуру смеси доводят до 165 С. Таким образом в газожидкостном сепараторе получают

724183 кг газовой смеси, содержащей

14681 кг СО, 7062 кг МН,2413 кг

Н О и 27 кг инертных. Его температура о росы 148,5 С. Дополнительно остается

96199 кг жидкой фазы, содержащей

63539 кг мочевины, 291 кг биурета

876 кг СО, 6131 кг NH и 25362 кг

H O. Давление жидкой фазы снижают до

6,9 атм и полученную .смесь пропускают в газожидкостный сепаратор 9. Здесь отделяют 4392 кг газовой смеси, содержащей 552 кг CO, 2612 кг NH, и

1228 кг Н,O ° Давление оставшегося раствора далее снижают до 0,65 атм, что дает 84663 кг раствора мочевины при температуре 90 С, состоящего из

63477 кг мочевины, 324 кг биурета

24 кг СО, 593 кг NH> и 20245 кг МНэ.

Газовую смесь, полученную в газожидкостном сепараторе 9, конденсируют во второй зоне конденсации при помощи раствора карбамата, образованного при получении конденсата процесса, причем карбаматный раствор содержит

2059 кг СО, 2875 кг NH> н 4623 кг

Н О. Во второй зоне конденсации получают 15750 кг раствора при температуре 45 С, который состоит из 2611 кг

СО, 7289 кг NH> и 5850 кг Н О. Этот раствор подают под давлением 23,5 атм вместе с газовой смесью из газожидкостного сепаратора в верхнюю часть

1450735 8 межтрубного пространтсва секции нагрева первой стадии упаринания противотоком растнора мочевины, который надо упаривать. Газовую смесь затем конденсируют, причем образуется

38631 кг раствора карбамата при reMо пературе 124 С. Раствор мочевины пропускают через трубки секции нагрева и концентрируют в этом процессе и ра- >О стнор уходит из нагревателя при темо пературе 130 С. Состав этого раствора следующий, кг: мочевина 67874, биурет

425; NH > 216; Н О 3379. Сверху первой стадии упаринания отводят 17798 кг 15 паровой смеси, которая состоит из

16774 кг Н О, 275 кг СО, 581 кг NH>, 23 кг инертных вещестн и 146 кг мочевины. Если нагревание первой стадии упаринания осуществляют паром низкого 20 давления, то Tpe6ÓåTñà 18390 кг пара с давлением 4 атм для получения того же результата.

Пример 2. Мочевину получают в предлагаемой установке с производи- 25 тельностью 1000 т в день, Количества приведены в кг/час. На второй стадии разложения, где давление 18 атм, получают газовую смесь, содержащую

9440 кг СОз, 5680 кг NH> и 1810 кг 30

Н О. Температура этой газовой смеси

153 С, точка росы 139 С. Эту газовую смесь конденсируют при помощи раствор, ра карбамата, полученного на III стадии разложения, имеющего температуру

45оС. и содержащего 1470 СО, 4440 кг

NH и 4470 кг Н О в.межтрубном пространстве кожухотрубочного теплообменника, который образует секцию нагрева на первой стадии упаринания. Газо- 40 вую смесь вводят в верхнюю часть межтрубного пространства противотоком к раствору, содержащему моченину, который надо упаринать и который содержит

41667 кг мочевины, 132 кг СО, 1343 кг 45

NH> и 4639 кг Н О. Раствор, содержащий мочевину, который проходит через трубки секции нагрева, концентрируют при помощи тепла, выделяемого там, до

95 мас. раствора мочевины и выводят

50 из секции нагрева с температурой

130 С, Если нагревание первой стадии упаринания проводить паром низкого давления, то для получения того же результата требуется 13100 кг пара с

4 атм..

Пример 3. Мочевину получают на установке с производительностью

1000 т/день. Давление в зоне синтеза

125 атм, температура 180"(;, а молярное отношение Н/СО 2,95. В отпарной зоне синтеза мочевины растнор отпаривают .при давлении 125 бар двуокисью углерода. Количества указаны в кг/час.

Во второй зоне разложения, в которой поддерживают давление 5 атм, получают газовую смесь, содержащую 7,450 кг

СО, 4,720 кг NH> и 3,540 кг Н О.

Температура этой смеси 129 С, ее точка росы 115 С, Эту гаэоную смесь конденсируют с помощью раствора каро бамата с температурой 50 С, содержащей 195 кг СО, 1, 180 кг NH > и 2 550 кг

НоО со стороны кожуха кожухотрубного теплообменника, который образует нагревательную секцию первой стадии выпаривания, причем этот раствор подают в кожух в точке, расположенной между входным отверстием для газовой смеси и входным отверстием для подачи раствора моченины, подлежащего концентрированию. Газовую смесь подают в верхнюю часть кожуха в противотоке с раствором, содержащим мочевину и предназначенным для выпаривания, который содеркит 41,667 кг мочевины, 195 кг C0z, 1,80, кг NH и 15,050 кг

Hz0. Содержащий мочевину раствор, который пропускают через трубы наг-: ревательной секции, концентрируют за счет выделяемого при этом тепла. Дополнительное количество 4120 кг пара с давлением 4 атм необходимо для получения 95 мас ° раствора мочевины с температурой 130 С, Если нагревание первой стадии выпаривания полностью осуществляют с помощью пара низкого давления, то для достижения такого же результата необходимо 13500 кг пара с давлением 4 атм.

Пример 4. Мочевину получают по предлагаемому в установке с произнодительностью 1000 т/день. Давление в зоне синтеза 220 атм, температура

200 С, а молярное отношение NH /СО

4,0. Раствор синтеза мочевины отпаривают СО в зоне отпаривания, давление в которой поддерживают 220 атм.

Количества указаны в кг/час. На второй стадии разложения, в которой поддерживают давление 40 атм, получают газовую смесь, содержащую 7,840 кг

СО, 2,830 кг NH и 630 кг Н О. Температура этой газовой смеси 165 С, ее о точка росы 153 С. Эту газовую смесь конденсируют с помощью раствора каро бамата с температурой 50 С, содержа1450735

10 щего 5,875 кг CO, 9,980 кг NH u

8,870 кг H О в кожухе вертикального кожухотрубного теплообменника, который образует нагревательную секцию первой стадии выпаривания, Раствор

5 подают в оптимальном участке, расположенном между входным отверстием для газовой смеси и входным отверстием для раствора мочевины, подлежащего концентрированию. Газовую смесь подают в верхнюю часть со стороны кожуха в противотоке с раствором, содержащим мочевину и подлежащим выпариванию, который содержит 41,667 кг 15 мочевины, 165 кг СО, 1,268 кг ИН и

14,440 кг Н О. Содержащий мочевину раствор, который пропускают через трубы нагревательной секции, концентрируют за счет тепла, высвобождаемого 20 при этом до 95 мас. Е раствора мочевины, и он покидает нагревательную секо цию при температуре 130 С. Благодаря разности температур между внутренно-.. стью кожуха и внутренностью труб про- 25 исходит хороший теплообмен и размеры

1 кожухотрубного теплообменника могут быть меньше. Если нагревание первой стадии выпаривания осуществляют только с помощью пара низкого давления, 30 для достижения того же результата потребуется 550 кг пара с давлением

4 атм.

Пример 5. Получают мочевину согласно предлагаемому способу, одна- 35 ко первая стадия 12 выпаривания спроектирована и работает как вертикальный кожухотрубный теплообменник. Поверхность нагрева вокруг трубок разделена на десять отсеков с помощью 40 перегородок, снабженных отверстиями, чтобы обеспечить, хороший контакт между жидкой и газовой фазами. Реализуется движущийся вверх поток жидкой фазы и газовой фазы через отсеки. 45

Следующие данные относятся к установке производительностью 1500 т/день.

Количества указаны в кг/час.

Подают 35,414 кг NH> и 45,863 кг

СО в ту часть установки, которая работает под высоким давлением. Давление в этой части . ысокого давления, представляющей собой зону синтеза, первую стадию разложения, зону конденсации, составляет 140 атм. Давле- ние во второй стадии разложения и на площадках нагрева первой стадии выпаривания 17,7 атм. Давление на третьей стадии разложения 3,9 атм. Газовую смесь во второй стадии разложения, содержащую 14,139 кг СО, 8,711 кг

МН и 3,301 кг Н О, подают в нижний отсек зоны нагрева, окружающей пучок труб. Температура этой газовой смеси

158,6 С, ее точка росы 143,4 С. При теплообмене этой смеси с 86,623 кг раствора мочевины, текущего по трубкам вниз в виде пленки, который подают при температуре 95 С и который содержит 63,525 кг мочевины, 210 кг биурета, 28 кг СО, 377 кг NH) остальное — вода, зта газовая смесь охлаждается и конденсируется. Конденсация и абсорбция газовой смеси продолжаются с помощью 20,944 кг раствора карбамата, полученного с третьей стадии разложения, содержащего 4,294 кг

СО, 7400 кг NH>, 9,229 кг Н, О и

21 кг мочевины, который подают в третий отсек поверхности нагрева при температуре 47 С. Выгружают 47,079 кг раствора карбамата при температуре о

93,7 С, содержащего 18,427 кг СО, NH3 12 529 к Н<0 и 21 кг мочевины, из верхнего отсека поверхности нагрева. Кроме того, иэ этого отсека выгружают еще 45 кг газовой смеси, содержащей 6,3 кг СО, 9,1 кг

NH,.0,8 кг Н,О, остальное — инерт- . ный газ.

Выводят 67,833 кг концентрирован" ного раствора мочевины при темпера туре 122,5 С из нижней части пучка труб. Этот раствор содержит 63,144 кг1 мочевины, 264 кг биурета, 0,02. кг

СО, 4,7 кг ИН и 4420 кг воды.

Таким образом предлагаемый способ позволяет уменьшить затраты пара при конденсировании ИН вЂ, СΠ†. и Н О— содержащей газовой смеси под давлением 5,18 и 40 атм собтветственно при теплообмене с раствором мочевины (около 75 мас. Х мочевины), который необходимо сконцентрировать до

95 мас.7 раствора мочевины при 130 Ñ.

Это видно, например, из сравнения известного (теплообмен при одинаковом направлении потоков) и предлагаемого способов (теплообмен в противотоке, установление точки росы и добавление водного раствора в оптимальном участке теплообменника).

При давлении 5 атм: по известному способу необходимо 7940 кг/ч пара под давлением 4 атм; по предложенному способу — 4120 кг/ч пара под давле1450735

20 изобретения

Формула

Составитель H.Êóëèêîâà

Редактор Л.Гратилло Техред JI.Îëèéíûê Корректор Э.Лончакова

Заказ 696 Тираж 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент . г.ужгород, ул. Гагарина,101 нием 4 атм; экономия — 3820 кг/ч пара под давлением 4 бара.

При давлении 18 атм: по известному способу необходимо 2550 кг/ч пара под давлением 4 атм; по предложенному способу — 0 кг/ч пара; экономия

2550 кг/ч пара под давлением 4 атм.

При давлении 40 атм: по известному способу необходимо 0 Kr /÷ пара; по rip"=p- 10 ложенному способу — 0 кг/ч пара.

За счет большей разности температур в предложенном способе между внутренней частью кожуха и внутренней частью труб — 60 С по сравнению с о

54 С в известном способе. При этом в предложенном способе можно реализовать снижение 10% поверхности теплообмена, Способ получения мочевины путем синтеза из избытка аммиака и двуокиси углерода при давлении 125-220 атм 25 о и температуре 180-200 С с получением раствора синтеза мочевины, содержащего карбамат и свободный аммиак, подаваемого на первую стадию разложения при давлении синтеза с подводом теп- 30 ла и конденсацией газовой фазы в первой конденсационной зоне подачей раствора мочевины на вторую стадию разложения при давлении 5-40 атм с pasложением и удалением оставшегося карбамата в виде газовой смеси, содержащей аммиак и двуокись углерода, с переработкой ее с образованием раствора аммиака и двуокиси углерода в воде и разложением оставшегося карбамата эа счет подачи дополнительного тепла, причем образующуюся газовую смесь от-. деляют с последующей обработкой раствора мочевины путем сброса давления с получением газовой фазы и ее конденсации раствором карбамата, а также с получением 75Х-ного раствора, который упаривают до 95Х, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода пара на стадии упаривания, раствор мочевины, подлежащий упариванию, вводят внутри трубок кожухотрубного теплообменника, газовую . смесь с второй стадии разложения подают в кожух этого теплообменника противотоком к раствору мочевины, а раствор аммиака и двуокиси углерода полученный с последней стадии разложения, при 45-50 С подают в среднюю часть кожуха теплообменника, причем количество его обеспечивает точку роо сы газовой смеси 115-153 С, а конденсат выгружают из межтрубного пространства в том конце, где раствор мочевины вводят в трубки.