Способ получения мочевины

 

Изобретение относится к амидосодержащим соединениям ,в частности, к получению мочевины, которая используется в производстве удобрений. Цель - снижение расхода пара высокого давления. Получение мочевины ведут из аммиака и двуокиси углерода при молярном соотношении 3,2:1, температуре 183°С и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, который идет на стадии дальнейшей обработки. На первой из последующих стадий разложения устанавливают давление 21,5 атм и подводят тепло, а на второй из последующих стадий разложения устанавливают давление 5 атм. На стадии разложения под давлением зоны синтеза часть раствора синтеза мочевины подвергают отпариванию с двуокисью углерода с одновременной подачей тепла (в дальнейшем этот раствор мочевины направляют на вторую из последующих стадий разложения). Другую часть раствора синтеза мочевины контактируют в адиабатических условиях с двуокисью углерода противотоком (раствор мочевины направляют на первую стадию разложения). Полученные газы смешивают в зоне конденсации. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 01) 4 4 АЗ (5И4 С 07 С 126 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К llATEHTY

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4027930/23-04 (22) 08.08.86 (31) 8502228 (32) 12.08.85 (33) NL (46) 15.07.89. Бюл. Р 26 (71) Стамикарбон Б.В. (Лайсенсинг сабсидиари ов ДСИ) (NL) (72) Виктор Элоди Альберт Баненс (53) 547.495.2.07 (088.8) (56) European Chemical News Urea

Supplement, January, 17, 1969, р. 17-20. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫ (57) Изобретение относится к амидосодержащим соединениям, в частности к получению мочевины, которая используется в производстве удобрений. Цель — снижение расхода пара высокого давления. Получение мочевины ведут иэ аммиака и двуокиси углерода при молярном соотношении

Изобретение относится к способам синтеза мочевины, в частности к получению мочевины, которую используют при производстве удобрений.

Цель изобретения — снижение расхода пара высокого давления.

На чертеже представлена технологическая схема предложенного способа.

На чертеже приняты обозначения: 1эона синтеза, 2 — эона отпаривания, 3 и 4 — первая н вторая эоны конден-!

3,2:1, температуре 183 C и давлении

139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, который идет на стадии дальнейшей обработки.

На первой иэ последующих стадий разложения устанавливают давление

2 1,5 атм и подводят тепло, а на второй из последующих стадий разложения устанавливают давление 5 атм.

На стадии разложения под давлением зоны синтеза часть раствора синтеза мочевины подвергают отпариванию с двуокисью углерода с одновременной подачей тепла (в дальнейшем этот раствор мочевины направляют на вторую из последующих стадий разложения). Другую часть раствора синтеза мочеви (ь контактируют в адиабатических условиях с двуокисью углерода противотоком (раствор мочевины направляют на первую стадию разложения). Полученные газы смешивают в зоне конденсации. 1 ил. сации высокого давления, 5 — эона абсорбции, 6 — зона контакта для контактирования раствора синтеза мочевины с двуокисью углерода, 7 — 9устройства для разделения жидкостей и газов, 10 — теплообменник,11 зона конденсации карбамата, работающая под низким давлением, 12 и 13 — зоны нагрева первой и второй стадии концентрирования, 14 и 15— сопутствуннцие устройства для отделения водяных паров, образующихся в

1494864 результате концентрирования, 16 - насос для карбамата, 17-20 — снижающие давление клапана, 21 — теплообменник °

Раствор синтеза мочевины, образованный в зоне 1 синтеза мочевины под о давлением 139 атм, температуре 183 С и молярном отношении NH>/ÑÎ равном 3,2 и содержащем помимо мочевины и под свободный аммиак и непревращенный карбамат аммония, в количестве 30-50 мас.Ж (например, 44 мас. ) подают по трубопроводу 22 в зону 6 контакта, где оН контактирует в адиабатических условиях с двуокисью углерода. Остальные 50-70 мас.X раствора синтеза мочевины по трубопроводу 23 подают в зону 2 отпаривания, расположенную параллельно зоне 6 контакта. Противотоком к раствору син10

20 теэа мочевины в зону отпаривания и

1 зону 6 контакта по трубопроводу 24 подают двуокись углерода, сжатую с помощью компрессора (не показан) до давления зоны синтеза (для пассивации можно добавить воздух). Зона 2 отпаривания выполнена в виде трубчатого теплообменника. Теплоту, необходимую для отпаривания, получают

sa счет конденсации пара высокого давления (21,5 атм) во внетрубной зоне теплообменника. Для улучшения контакта между раствором синтеза мочевины и двуокисью углерода в зоне

6 контакта могут быть предусмотрены пластинки или насадочные материалы.

Контактирование жидкости с газом может быть улучшено за счет падающей пленки жидкости. Газовую смесь, образующуюся в зоне 2 отпаривания, содержащую помимо аммиака и двуокиси

40 углерода равновесное количество водяных паров, отводят по трубопроводу

25 вместе с использованной для отпаривания двуокисью углерода. Из soны 6 контакта по трубопроводу 26 от45 водят газовую смесь, содержащую выделенный из раствора синтеза мочевины аммиак, часть поданной двуокиси углерода и небольшое количество воды. Отводимые по трубопроводам 25 и 50

26 газовые смеси по трубопроводу 27 пропускают во внетрубное пространство первой эоны 3 конденсации, выполненной в виде горизонтально расположенного конденсатора с погружен- 55 ными трубами, в этой зоне происхо. дит их частичная конденсация в раствор карбамата. По трубопроводу 28 в первую зону 3 конденсации подают разбавленный раствор карбамата, полученный в результате абсорбции аммиака и двуокиси углерода из газовой смеси, содержащей инертные газы н отведенной по трубопроводу 29 иэ зоны 1 синтеза. Тепло, выделяемое при образовании такого разбавленного раствора карбамата, используют для предварительного нагрева жидкого аммиака, поступающего по трубопроводу 30. В этом случае может быть предусмотрен теплообменник 21, в который по цепи 21а передают тепло, выделяющееся в зоне 5 абсорбции. Время пребывания реакционной смеси в первой зоне 3 конденсации выбирают таким, чтобы в этой зоне из карбамата образовывалась мочевина в количестве 307. от равновесного количества мочевины, достижимого в условиях реакции, т.е. раствор содержит

20 мас.7 мочевины. Тепло, выделяющееся в первой зоне конденсации, может быть использовано для разложения карбамата в обогащенном двуокисью углерода растворе синтеза мочевины.

В этом случае раствор, отводимый по трубопроводу 31 иэ зоны 6 контакта, доводят до давления в 12-30 астм с помощью снижающего давление клапана 17 и образовавшуюся смесь вводят в сепаратор 7 для разделения жидкости и газа. Полученную в результате жидкую фазу, представляющую, собой в основном водный раствор мочевины с примесью биурета, аммиака и карбамата, отводят по трубопроводу 32, а газовую фазу, представляющую собой смесь, содержащую в основном аммиак, двуокись углерода и водяные пары, по трубопроводу 33. Жидкую фазу, отведенную по трубопроводу 32 иэ сепаратора 7, направляют затем под одинаковым или более низким,чем в сепараторе 7, давлением на теплообмен с раствором мочевины с карбаматом, полученным в первой зоне

3 конденсации, после чего часть всего количества карбамата, присутствующего в растворе со сниженным дав лением, разлагают на аммиак и двуокись углерода. Можно также отводить гепло, выделяющееся в первой . зоне 3 конденсации, с помощью других потоков процесса или воды, которую в результате превращают s nap низкого давления. Из первой зоны 3

5 14 конденсации по трубопроводу 34 отводят несконденсировавшуюся часть газовой смеси, которую подают во

1 вторую зону 4 конденсации высокого

t давления, а по трубопроводу 35 в зону 4 подают полученный в зоне 3 раствор карбамата. В этой зоне происходит дальнейшая конденсация подаваемой по трубопроводу 34 газовой смеси в карбамат. Выделяющееся при этом тепло отводят с помощью воды, которая в результате превращается в пар низкого давления (4-9 атм). Раствор карбамата, полученный во второй зоне 4 конденсации высокого давления, а также несконденсировавшуюся часть (в случае наличия таковой), содержащую аммиак, двуокись углерода и водяные пары, направляют по трубопроводу 36 в зону 1 синтеза.

Смесь жидкости с газом, полученную в результате теплообмена в первой зоне 3 конденсации высокого давления, пропускают по трубопроводу

37 в сепаратор 8 для разделения жидкости и газа (смесь содержит аммиак, двуокись углерода и водяные пары), а по трубопроводу 39 отводят образовавшуюся жидкую фазу, представляющую собой раствор мочевины с примесью карбамата °

С помощью снижающего давление клапана 18 давление на жидкую фазу снижают до давления на второй из последующих стадий разложения, т.е ° обычно до 5 атм, и образовавшуюся при снижении давления смесь жидкости и газа подают в сепаратор 9 для разделения жидкости и газа. Давление на отпаренный раствор синтеза мочевины с помощью снижающего давление клапана 19 также снижают до давления во второй из последующих стадий разложения (например, до 5 атм), и образовавшуюся смесь жидкости с газом по трубопроводу 40 подают в сепаратор 9.

По трубопроводу 4 1 из сепаратора

9 отводят раствор мочевины, все еще содержащий карбамат, который разлагают в теплообменнике 10, нагреваемом паром низкого давления, после чего раствор мочевины по трубопроводу 44 подают в зону 12 нагрева первой стадии концентрирования. Зона

12 нагрева может быть выполнена,на- пример, в виде вертикального трубчатого теплообменника, через трубы

94864 6 которого пропускают предназначенньп для концентрирования раствор моче-,. вины. Газовую фазу, полученную в сепараторе 9, представляющую собой

5 смесь аммиака, двуокиси углерода и водяных паров, отводят по трубопроводу 43 и пропускают вместе с газовой смесью, содержащей аммиак, двуокись углерода и водяные пары, полученной в теплообменнике 10 и отведенной из него по трубопроводу 42, в зону 11 конденсации низкого давления, в которой конденсируют с по15 даваемым по трубопроводу 54 водным раствором, например конденсатом обработки. Полученный в зоне 11 конденсации низкого давления раствор карбамата пропускают по трубопроводу

45 во внетрубное пространство зоны

12 нагрева. В него же противотоком относительно предназначенного для концентрирования раствора мочевины подают газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и водяные пары и полученную объединением потоков 33 и 38. Подачу раствора карбамата предпочтительно проводят в точке, расположенной между местом подачи предназначенного для концентрирования раствора мочевины и местом подачи конденсируемой газовой смеси.

При конденса ии таким путем газовой смеси эа счет подаваемого по трубопроводу 45 раствора карбамата выде35 ляется тепло в количестве, достаточном для удовлетворения тепловых потребностей на первой стадии концентрирования, на которой раствор моче40 вины, подаваемой по трубопроводу 41 и содержащий 70-75 мас.7. мочевины, концентрируют до содержания 85

95 мас. мочевины.

Раствор карбамата, образовавшийся при конденсации газовой смеси во внетрубной зоне теплообменника 12 первой стадии концентрирования, отводят по трубопроводу 46, с помощью насоса 16 давление доводят до давления зоны синтеза и по трубопрогоду 47 подают в зону 5 абсорбции. Водяные пары из смеси концентрированного раствора мочевины, а также водяные пары, удаляемые по трубопроводу

48 с первой стадии концентрирования, 55 отводят по трубопроводу 49 из сепаратора 14 для отделения воды, в то время как концентрированный раствор мочевины пропускают по трубопровод

1494864

50 в зону 13 нагрева второй стадии концентрирования. Смесь расплава мочевины, не содержащего воды, и водяных паров пропускают по трубопроводу 5 1 в сепаратор 15 для отделения

5 воды, из которого по трубопроводу 52 отводят водяные пары, а по трубопроводу 53 — расплав мочевины, не содержащий воды. Расплав превращают, например, в гранулы или раствор мочевины с нитратом аммония. Водяные пары со стадий концентрирования концентрируют и полученный конденсатобработки частично или полностью обрабатывают обычным способом с целью извлечения иэ него мочевины и аммиака, после чего его отбрасывают.

Пример. Мочевину получают в три стадии разложения на установке производительностью 1000 т в день

Давление в находящейся под высоким давлением части установки 139 атм, иа второй стаДии разложения 21,5 атм и на последней стадии разложения 25

5 атм.

В зону 3 конденсации высокого дав" ления подают 23611 кг NH нагретых до 40 С и 41647 кг раствора карбамата с температурой 165 С,.содержащего

17381 кг СО, 17466 кг NH> и 679 кг

Н О. Температура в зоне 1 реакции равна 183 С, молярное отношение

NH /Ñ0 составляет 3,2. В зону 2 отпаривания подают раствор синтеза мочевины (68,202 KI ), который отпаривают с помощью 16530 кг СО при одновременной подаче тепла. По трубопроводу 40 из эоны отпаривания отводят раствор, содержащий 22541 кг мочевииы, 3323 кг СО, 12524 кг NH> и

10146 кг Н О, по трубопроводу 25 отводят газовую смесь, содержащую

25149 кг СО, 19904 кг МНэ и 1145 кг

Н О. В зону 6 контакта подают

54092 кг раствора синтеза мочевины, который обрабатывают 14025 кг СО .

Из нижней части эоны 6 контакта отводят раствор, содержащий 19222 кг мо- чевины, 11562 кг СО, 10619 кг NH> и

8874 кг Н О. Hs верхней части той же воны отводят газовую смесь, содержащую 10949 кг СО, 6407 кг. NH > и

484 кг воды. Давление на удаленный из зоны контакта раствор затем снижают до 22 атм. В результате в сепараторе 7 для разделения жидкости и газа получают 4234 кг газовой смеси,, содержащей 2715 кг СО, 1375 кг NH> и 144 кг Н О которую отводят по трубопроводу 33. Кроме того, получают

46043 кг жидкой фазы, содержащей

19221 кг мочевины, 8847 кг СО, 9244 кг NH> и 873 кг Н О.

Газовую смесь, отведенную из зоны

2 отпаривания и по трубопроводу 27 иэ зоны 6 контакта, частично конденсируют в первой зоне 3 конденсации высокого давления с получением

86 196 кг раствора карбамата. Время пребывания смеси в этой зоне подбирают таким, чтобы в указанном растворе образовалось 17234 кг мочевины, раствор также содержит 24989 кг СО, 31404 кг ИН и 12543 кг Н О. Еще одну порцию несконденсировавшейся газовой смеси конденсируют во второй зоне 4 конденсации высокого давления, так что в зону 1 синтеза подают раствор, содержащий 34336 кг СО, 42702 кг NH, 13126 кг Н О и 17234 кг мочевины, вместе с газовой смесью, содержащей 6506 кг СО, 14931 кг NH> и 463 кг Н О °

Тепло, выделяющееся в зоне 3 конденсации высокого давления, отводят эа счет разложения присутствующего в жидкости карбамата на NH> и СО . После разделения полученной в результате реакции смеси на жидкую и газовую фазу под давлением 21,5 атм и температуре 159 С по трубопроводу

38 отводят поток газа, содержащий

7681 кг СО, 6616 кг NHg и 1546 KI

Н20, а по трубопроводу 39 — раствор, который кроме 19 126 кг мочевины содержит 1056 кг СО, 2684 кг NHq u

7 156 кг Н О. Этот раствор и раствор, отведенный из зоны 2 отпаривания, доводят до давления 5 бар, и полученную смесь пропускают в сепаратор

9 для разделения жидкости и газа.

По трубопроводу 43 в зону 11 конденсации пропускают газовую смесь, содержащую 2805 кг СО, 2308 кг NH> и

1081 кг Н О. В геплообменнике 10 нагревают до 130 С раствор, отведено ный по трубопроводу 41 и содержащий

41667 кг мочевины, 1574 кг СО

2900 кг NH> и 16221 кг Н О. В результате по трубопроводу 42 отводят газовую смесь, содержащую 872 кг СО

882 кг NH 3 и 520 кг Н О. Для конденсации газовой смеси, подаваемой в зону 11 конденсации низкого давления по трубопроводам 42 и 43, трубопроводу 54 подают конденсат обработки

1494864

i0 (5920 кг), содержащий 702 кг СО и

2018 кг NH> ° После снижения давления с помощью снижающего давление клапана 20 по трубопроводу 44 поступает раствор мочевины с температу5 рой 130 С, содержащий 41667 кг мочевины, 702 кг СО, 2018 кг NH э и

,15701 кг Н О, который пропускают в зону 12 нагрева первой стадии концентрирования. Необходимую для концентрирования теплоту получают за счет конденсации объединенных газовых потоков 33 и 38 во внетрубном пространстве эоны 12 нагрева, при этом используют раствор карбамата, полученный на стадии низкого давления и подаваемый по трубопроводу 45, который содержит 4379 кг СО, 5208 кг

NH+ и 4802 кг Н О и имеет температуе ъ ру 60 С. Из эоны 12 нагрева смесь жидкости с газом отводят в сепаратор 14 для разделения жидкости, иэ которого под давлением 0,38 бар и температуре 130 С по трубопроводу

50 отводят 4387 1 кг водного раствора мочевины, содержащего 41667 xr мочевины, 2193 кг Н О и следы NHy

В зону 2 отпаривания подают под давлением 23,5 бар и 221 С 20300 кг водяного пара, что соответствует

487 кг на 1 т полученной мочевины.

Во второй зоне 4 конденсации высокого давления получают 17800 кг пара низкого давления (5 атм). Иэ этого количества 2600 кг используют в теп-,З5 лообменнике 10 и 2630 кг - в зоне 13 нагрева второй стадии конденсации.

Остальное количество используют для установки паровых эжекторов необходимого вакуума в сепараторах 14 и 15 для отделения водяного нара и в установке для очистки обработанной воды (не показана).

I 45

Таким образом, в предложенном способе на 1 т полученной мочевины необходимо 487 кг пара под давлением

23,5 атм, тогда как по известному, способу требуется 680-720 кг пара под давлением 25 атм, что позволяет снизить энергозатраты.

Формула изобретения

Способ получения мочевины взаимодействием аммиака с двуокисью углерода при молярном соотношении 3 2: 1 температуре 183 С и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, содержащего карбамат н свободный аммиак, который направляют на стадию разложения, работающую под давлением зоны синтеза, и разлагают часть карбамата аммония с использованием отпаривания двуокисью углерода с одновременной подачей тепла, полученную при этом газовую смесь конденсируют в зоне конденсации получаемый конденсат и несконденсировавшуюся часть газовой смеси рециркулируют в зону синтеза, а раствор мочевнны, еще содержащий карбамат аммония стадии разложения, разлагают в двух последующих стадиях разложения с отделением образовавшейся газовой смеси, причем на первой иэ последукщих стадий разложения устанавливают давление 21,5 атм и подводят тепло, а на второй из последующих стадий разложения устанавливают давление 5 атм, оставшийся при этом мочевиносодержащий раствор испаряют с получением концентрированного раствора мочевины, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, на стадии разложения под давлением зоны синтеза часть раствора синтеза мочевины подвергают отпариванию с двуокисью углерода с одновременной подачей тепла, а другую часть раствора синтеза мочевины контактируют в адиабатических условиях с двуокисью углерода противотоком, I полученные при этом газы смешивают в зоне конденсации, раствор мочевины, полученный в результате обработки в адиабатических условиях, подают на первую из последующих стадий разложения, а раствор, полученный в результате обработки при подаче тепла, подают на вторую иэ последующих стадий разложения. !

1494864

21и

23

Составитель Н.Куликова

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Дидык Корректор И.Иаксимишинец

Заказ 4136/58 Тирик 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Х-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул, Гагарина, 101