Способ модернизации установки для получения мочевины (варианты) и установка для получения мочевины (варианты)

 

Изобретение относится к усовершенствованию технологии получения мочевины из аммиака и диоксида углерода. Мочевину получают на установке, включающей два реактора синтеза, оборудование для десорбции, в котором производят частичное разложение карбамата в реакционной смеси, поступающей из зоны синтеза первого и второго реакторов, а также частичное отделение паров свободного аммиака в смеси с парами воды и примесями. После частичной конденсации паров получают первый карбаматный раствор, возвращаемый в первый реактор синтеза. Второй реактор синтеза располагают до оборудования для десорбции и соединяют с последним. Второй карбаматный раствор, полученный в секции разделения для отбора мочевины, возвращают во второй реактор. Таким образом, установка содержит дополнительное оборудование для рециркуляции второго карбаматного раствора, полученного на стадии выделения мочевины, во второй реактор синтеза, а также оборудование для возврата во второй реактор потока аммиака и диоксида углерода в паровой фазе. В результате достигают упрощение технологии с повышением выхода конечного продукта. 4 с. и 22 з.п. ф-лы, 8 ил.

Область техники, к которой относится изобретение Основным предметом настоящего изобретения является способ модернизации установки для получения мочевины, содержащей: - реактор синтеза мочевины; - оборудование для десорбции, в котором первая реакционная смесь, отбираемая из реактора, подвергается обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в смеси; - оборудование для по крайней мере частичной конденсации паров, отбираемых из оборудования для десорбции, и рециркуляции первого карбаматного раствора в реактор; - секцию отбора мочевины, в которой мочевина, полученная в реакторе, отделяется от второго водного карбаматного раствора.

Настоящее изобретение относится также к установке для получения мочевины, представляющей собой установку, модернизированную предлагаемым в изобретении способом.

К числу проблем, которые приходится решать в настоящее время при получении мочевины, относятся проблемы, связанные с необходимостью создания установок, с одной стороны, обладающих повышенной производительностью и технологической гибкостью, а с другой стороны, требующих для своего создания небольших капиталовложений и отличающихся низкими производственными затратами, в частности низким потреблением энергии.

Предпосылки создания изобретения Известные и осуществляемые в настоящее время на практике различные способы получения мочевины по существу основаны на проведении в параллельных реакционных пространствах реакций химического превращения с различным выходом, к которым, в частности, относится способ получения мочевины, описанный в Европейской заявке EP-A-0479103.

В этих процессах все производство мочевины распределено между основным реакционным пространством, в котором в условиях низкого выхода получают большую часть всей получаемой на установке мочевины (обычно от 60 до 80%), и дополнительным так называемым "однопроходным" реакционным пространством, в котором в условиях высокого выхода получают такое количество мочевины, которое позволяет довести суммарную производительность установки до номинальной величины. По технологической схеме таких процессов реакционную смесь, получаемую в основном реакционном пространстве, подвергают предварительной очистке, получая из нее возвращаемый на повторную обработку в это реакционное пространство концентрированный раствор карбамата и раствор мочевины, который затем обрабатывают и очищают вместе с реакционной смесью, получаемой в дополнительном реакционном пространстве, в секции сепарирования и отбора мочевины. На выходе из этой последней секции получают разбавленный карбаматный раствор и по существу чистый раствор мочевины.

В известных процессах получения мочевины для максимально возможного увеличения выхода в дополнительном реакционном пространстве в это пространство подаются только по существу чистый углекислый газ и аммиак, а разбавленный карбаматный раствор подвергается повторной обработке исключительно в основном реакционном пространстве, которое должно обеспечить конверсию в мочевину всего карбамата, получаемого в расположенных за ним секциях очистки.

Удовлетворяя по существу всем указанным выше требованиям, эти известные способы имеют относительно низкое средневзвешенное значение выхода, ограниченное низким значением выхода основного реактора, и обладают рядом технологических ограничений, связанных с большим количеством раствора, возвращаемого в основной реактор, и необходимостью установки дополнительного реактора с большими размерами и высокой стоимостью.

Большое количество воды, содержащейся в возвращаемом в основной реактор растворе, несмотря на высокий выход реакций, протекающих в дополнительном реакционном пространстве, определяет верхний предел получаемого на установке средневзвешенного значения выхода и ограничивает возможности снижения потребляемой энергии и расхода пара высокого давления.

В Европейских заявках EP 0544056 и EP 0624571 описаны способы промышленного синтеза мочевины на новых установках, на которых хорошо очищенные аммиак и углекислый газ вступают во взаимодействие в первом реакционном пространстве, а возвращаемый в цикл раствор карбамата из секции отбора мочевины подается во второе реакционное пространство, в котором происходит его взаимодействие с непрореагировавшей частью аммиака и углекислого газа. Однако ни в EP 0544056, ни в EP 0624571 не ставится и не решается проблема модернизации существующих установок для получения мочевины, включающих оборудование для десорбции, предназначенное для обработки содержащей мочевину реакционной смеси, в результате которой повышается производительность установки и одновременно обеспечивается высокое средневзвешенное значение выхода.

Краткое изложение сущности изобретения Техническая задача, решение которой предлагается в настоящем изобретении, заключается в разработке реально осуществимого способа модернизации установки для получения мочевины, позволяющего устранить недостатки, присущие упомянутым выше известным установкам.

В соответствии с первым вариантом настоящего изобретения эта задача решается посредством способа модернизации установки указанного выше типа, отличающегося тем, что в нем предусматриваются дополнительно стадии: - установки второго реактора синтеза мочевины перед оборудованием для десорбции; - соединения этого второго реактора с указанным оборудованием для десорбции;
- установки оборудования для рециркуляции в указанный второй реактор второго карбаматного раствора, полученного в секции отбора мочевины.

При разработке настоящего изобретения неожиданно было установлено, что существует возможность дальнейшего снижения потребления пара и дальнейшего упрощения установки, на которой осуществляется указанный выше способ, за счет получения мочевины в обеспечивающих высокий выход условиях в основном реакционном пространстве (где получают основное количество конечного продукта) и получения мочевины при низком выходе в дополнительном реакторе (где получают меньшую часть конечного продукта).

В соответствии с настоящим изобретением указанные выше условия, обеспечивающие высокий выход реакции в основном реакционном пространстве, можно создать путем подачи в него чистых реагентов и только концентрированного карбаматного раствора, получаемого после операций частичной очистки (частичное разложение карбамата, частичное выделение свободного аммиака и конденсация) реакционной смеси, отбираемой из основного реакционного пространства.

Принципиальное отличие полученной после модернизации предлагаемым в изобретении способом установки от известных установок заключается в том, что в предлагаемой установке разбавленный карбаматный раствор, отбираемый из секции сепарирования и отбора мочевины, расположенной за основным и дополнительным реакционными пространствами, подвергается после рециркуляции повторной обработке только и исключительно в дополнительном реакционном пространстве.

Из-за большого содержания воды в рециркулирующем растворе в дополнительном реакционном пространстве создаются условия низкого выхода, а количество получаемого в этом пространстве конечного продукта составляет небольшую часть от общего количества получаемой на установке мочевины.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения указанная выше проблема решается посредством способа модернизации установки указанного выше типа, отличающегося тем, что в нем предусматриваются дополнительно стадии:
- установки второго реактора синтеза мочевины, расположенного до оборудования для десорбции;
- установки оборудования для рециркуляции во второй реактор второго карбаматного раствора, полученного в секции отбора мочевины;
- соединения этого второго реактора с оборудованием для дистилляции, в котором вторая реакционная смесь, отбираемая из второго реактора, подвергается обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе;
- установки оборудования для возврата на повторную обработку во втором реакторе паров, отбираемых из оборудования для дистилляции;
- соединения оборудования для дистилляции с секцией отбора мочевины.

Варианты осуществления изобретения
В соответствии с первым вариантом настоящего изобретения реакция синтеза в основном реакционном пространстве протекает при следующих условиях:
молярное отношение NH₃/CO₂: 2,8-3,4, предпочтительно 3,0;
молярное отношение H₂O/CO₂: 0,1-0,25, предпочтительно 0,18;
температура реакции: 180-195^oC, предпочтительно 190^oC;
давление: 140-155 бар, предпочтительно 145 бар;
степень превращения CO₂: 69-71%.

Молярное соотношение между аммиаком и углекислым газом, меньшее 4 и равное предпочтительно 3, позволяет уменьшить объем реакционного пространства с большим выходом и обеспечивает снижение расхода тепла на предварительный подогрев реагентов до температуры реакции.

Реакция синтеза в дополнительном реакционном пространстве протекает при следующих условиях:
молярное отношение NH₃/CO₂: 4,2-4,6, предпочтительно 4,5;
молярное отношение H₂O/CO₂: 1,2-1,6, предпочтительно 1,5;
температура реакции: 180-192^oC, предпочтительно 190^oC;
давление: 140-155 бар, предпочтительно 145 бар;
степень превращения CO₂: 56-60%.

В этом варианте изобретения реакционная смесь, отбираемая из дополнительного реакционного пространства, подвергается частичной очистке (частичное разложение карбамата и частичное выделение свободного аммиака в водном растворе) вместе с реакционной смесью, отбираемой из основного реакционного пространства. Очистку реакционной смеси целесообразно проводить при температуре от 180 до 192^oC на входе и от 165 до 170^oC на выходе и при давлении, по существу равном давлению в основном реакционном пространстве (140-155 бар), используя в качестве десорбирующего агента углекислый газ. Предпочтительно проводить только частичную конденсацию получаемого в процессе десорбции потока находящихся в парообразном состоянии аммиака и углекислого газа. При этом оставшуюся часть потока паров аммиака и углекислого газа подают в дополнительное реакционное пространство, поддерживая таким образом молярное соотношение между аммиаком и углекислым газом в указанных выше пределах и обеспечивая в этом реакционном пространстве необходимый тепловой баланс. При необходимости молярное соотношение между аммиаком и углекислым газом в дополнительном реакционном пространстве можно поддерживать на оптимальном уровне путем подачи в это пространство по существу чистого аммиака, предпочтительно части исходного подаваемого в установку аммиака.

В предпочтительном варианте для поддержания молярного соотношения между аммиаком и углекислым газом в указанных пределах и создания условий теплового равновесия указанный выше поток оставшегося несконденсировавшегося аммиака и углекислого газа можно также частично подавать в основное реакционное пространство.

В другом варианте настоящего изобретения отбираемую из дополнительного реакционного пространства реакционную смесь до подачи на десорбцию предварительно дистиллируют. За счет этого уменьшается количество жидкости, подвергающейся десорбции и частичной очистке, и снижаются затраты необходимого для такой обработки тепла. В результате дистилляции этой реакционной смеси получают поток паров аммиака и углекислого газа, которые возвращают в дополнительное реакционное пространство для поддержания в нем в указанных пределах молярного соотношения между аммиаком и углекислым газом и необходимого теплового баланса. Предпочтительно дистилляцию реакционной смеси, отбираемой из дополнительного реакционного пространства, проводить любым хорошо известным способом при давлении, по существу равном давлению в дополнительном реакционном пространстве.

В соответствии с настоящим изобретением реакцию конверсии карбамата в мочевину в дополнительном реакционном пространстве целесообразно проводить при давлении, либо по существу равном давлению в основном реакционном пространстве, либо меньшем этого давления на 4-8 бар.

В первом случае аммиак, углекислый газ и вода в виде паров, отбираемых сверху из обоих реакционных пространств, абсорбируются разбавленным карбаматным раствором, отбираемым из секции отбора мочевины, и возвращаются в жидком виде в дополнительное реакционное пространство. В последнем случае пары, отбираемые сверху из основного реакционного пространства, можно подавать в дополнительное реакционное пространство, используя их для поддержания в этом пространстве на необходимом уровне молярного соотношения между аммиаком и углекислым газом.

Изобретение позволяет также определенным образом упростить всю установку для получения мочевины, поскольку оно не требует обязательного размещения дополнительного реакционного пространства над основным реакционным пространством.

В другом варианте настоящего изобретения очистка реакционной смеси происходит при давлении, по существу равном давлению в основном реакционном пространстве (предпочтительно при давлении 150 бар) в так называемых изобарических условиях или условиях "самодесорбции". В этом варианте реакция синтеза в первом реакционном пространстве протекает при следующих условиях:
молярное отношение NH₃/CO₂: 3,0-3,4, предпочтительно 3,2;
молярное отношение H₂O/CO₂: 0,08-0,2, предпочтительно 0,1;
температура реакции: 185-195^oC, предпочтительно 190^oC;
давление: 145-155 бар, предпочтительно 150 бар;
степень превращения CO₂: 70-73%.

Молярное соотношение между аммиаком и углекислым газом, меньшее 4 и равное предпочтительно 3,2, позволяет уменьшить объем реакционного пространства с большим выходом и снижает расход тепла, необходимого для предварительного подогрева реагентов до температуры реакции.

Самодесорбцию реакционной смеси проводят при температуре от 190 до 210^oC.

Реакция синтеза в дополнительном реакционном пространстве протекает при следующих условиях:
молярное отношение NH₃/CO₂: 4,2-4,6, предпочтительно 4,5;
молярное отношение H₂О/СО₂: 1,0-1,5, предпочтительно 1,3;
температура реакции: 185-195^oC, предпочтительно 190^oC;
давление: 145-155 бар, предпочтительно 150 бар;
степень превращения CO₂: 58-62%.

В этом варианте изобретения реакционная смесь, отбираемая из дополнительного реакционного пространства, подвергается частичной очистке (частичное разложение карбамата и частичное выделение свободного аммиака в водном растворе) вместе с реакционной смесью, отбираемой из основного реакционного пространства.

Предлагаемый в этом варианте изобретения способ предусматривает также частичную конденсацию потока паров аммиака и углекислого газа, образующихся в процессе изобарической десорбции. При этом поток оставшихся паров аммиака и углекислого газа подают в дополнительное реакционное пространство, поддерживая за счет этого в указанных пределах молярное соотношение между аммиаком и углекислым газом в этом пространстве и обеспечивая необходимый для реакции синтеза тепловой баланс. В этом варианте, кроме того, отбираемый сверху из основного реакционного пространства поток паров (состоящий из паров аммиака, углекислого газа и воды) подвергают вместе с реакционной смесью изобарической десорбции, а поток, отбираемый сверху из дополнительного реакционного пространства, подают непосредственно в секцию отбора мочевины.

Аналогично рассмотренному выше варианту изобретения реакцию конверсии карбамата в мочевину в дополнительном реакционном пространстве в этом варианте проводят при давлении, либо по существу равном давлению в основном реакционном пространстве, либо меньшем на 4-8 бар.

Предпочтительно дистилляцию реакционной смеси, отбираемой из дополнительного реакционного пространства, проводить при давлении от 135 до 155 бар, предпочтительно 150 бар, и при температуре от 190 до 210^oC на обычном оборудовании хорошо известными способами.

Этот вариант изобретения также позволяет уменьшить количество жидкости, подвергающейся в результате десорбции частичной очистке, и сократить за счет этого необходимый для такой обработки расход тепла.

В соответствии с другим предметом настоящего изобретения указанная выше техническая задача решается при помощи выполненной в результате модернизации описанным выше способом установки, включающей:
- первый реактор синтеза мочевины;
- оборудование для десорбции, в котором первую реакционную смесь, отбираемую из первого реактора, подвергают обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в первой смеси;
- оборудование для по крайней мере частичной конденсации паров, отбираемых из оборудования для десорбции, и рециркуляции первого карбаматного раствора в первый реактор;
- второй реактор для синтеза мочевины, расположенный параллельно первому реактору;
- секцию отбора, в которой мочевина, полученная в первом и втором реакторах, отделяется от второго водного раствора карбамата;
- оборудование для рециркуляции второго раствора карбамата, полученного в реакционном пространстве, во второй реактор;
- оборудование для подачи второй реакционной смеси, отбираемой из второго реактора, в оборудование для десорбции.

В соответствии с еще одним вариантом изобретения указанная выше установка для получения мочевины включает:
- первый реактор синтеза мочевины;
- оборудование для десорбции, в котором первую реакционную смесь, отбираемую из первого реактора, подвергают обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в первой смеси;
- оборудование для по крайней мере частичной конденсации паров, отбираемых из оборудования для десорбции, и рециркуляции первого карбаматного раствора в указанный первый реактор;
- второй реактор для синтеза мочевины, расположенный параллельно первому реактору;
- секцию отбора, в которой мочевина, полученная в первом и втором реакторах, отделяется от второго водного раствора карбамата;
- оборудование для рециркуляции второго раствора карбамата, полученного в секции отбора, во второй реактор;
- дистиллятор, в котором вторую реакционную смесь, отбираемую из второго реактора, подвергают обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном выделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся во второй смеси;
- оборудование для рециркуляции паров, отбираемых из дистиллятора, во второй реактор.

В соответствии с настоящим изобретением установки для осуществления предлагаемого способа получения мочевины могут быть выполнены в виде новых установок или модернизацией существующих установок с одновременным увеличением их производительности и улучшением параметров, относящихся к потреблению энергии.

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения рассмотрены ниже в описании предпочтительных, но не ограничивающих объем изобретения примеров его выполнения, которые показаны на приложенных к описанию чертежах.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана технологическая схема известной установки для получения мочевины, работающая по так называемому способу десорбции CO₂.

На фиг. 2 схематично показан первый вариант предлагаемой в настоящем изобретении установки, представляющей собой либо новую установку, либо модернизированную установку по фиг. 1.

На фиг. 3 схематично показан второй вариант предлагаемой в настоящем изобретении установки, представляющей собой либо новую установку, либо модернизированную установку по фиг. 1.

На фиг. 4 схематично показан третий вариант предлагаемой в настоящем изобретении установки, представляющей собой либо новую установку, либо модернизированную установку по фиг. 1.

На фиг. 5 показана технологическая схема известной установки для получения мочевины, работающая по способу изобарической десорбции (самодесорбции).

На фиг. 6 схематично показан четвертый вариант предлагаемой в настоящем изобретении установки, представляющей собой либо новую установку, либо модернизированную установку по фиг. 5.

На фиг. 7 схематично показан пятый вариант предлагаемой в настоящем изобретении установки, представляющей собой либо новую установку, либо модернизированную установку по фиг. 5.

На фиг. 8 схематично показан шестой вариант предлагаемой в настоящем изобретении установки, представляющей собой либо новую установку, либо модернизированную установку по фиг. 5.

Для упрощения в приведенном ниже описании и на чертежах различные известные магистрали, соединяющие друг с другом отдельные аппараты рассматриваемых установок, упоминаются и указываются на чертежах только по мере необходимости.

На фиг. 1 позицией 1 обозначена технологическая схема известной установки для получения мочевины, работающей по так называемому способу десорбции CO₂. Установка 1 состоит из секции 2 синтеза и секции 3 очистки и отбора полученной мочевины и содержит ряд аппаратов, работающих, как подробно описано ниже, при низком давлении или при разряжении. Секция 2 синтеза состоит из соединенных последовательно реактора R-1 для синтеза мочевины (в котором образовано соответствующее реакционное пространство), работающего при высоком давлении десорбера 4, предназначенного для частичного разложения карбамата и частичного выделения свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в реакционной смеси, отбираемой из реактора R-1, и конденсатора 5 карбамата, в котором происходит абсорбция образующихся в десорбере паров подаваемым в него аммиаком и раствором карбамата, отбираемым из секции 3. Реактор R-1 соединен снизу трубопроводом 6 с десорбером 4, в котором образуются паровая фаза (включающая аммиак, углекислый газ и водяной пар), которая по трубопроводу 7 подается в конденсатор 5 карбамата, и жидкая фаза (включающая частично очищенный раствор мочевины), которая подается по трубопроводу 14 в секцию 3 очистки и отбора полученной мочевины. Верхняя часть реактора R-1 соединена трубопроводом 31 с газоочистителем 8, в котором поступающие в него из реактора R-1 пары (состоящие в основном из аммиака, углекислого газа и водяного пара) абсорбируются подаваемым в него из секции 3 по трубопроводу 9 разбавленным раствором рециркулирующего карбамата. Обозначенные на схеме позициями 10 и 11 центробежный компрессор и насос высокого давления предназначены для подачи по трубопроводам 30a и 30b соответственно углекислого газа в десорбер 4 и аммиака в конденсатор 5. Соединенный с конденсатором 5 карбамата эжектор 12 обеспечивает подачу в конденсатор 5 либо рециркулирующего раствора карбамата, поступающего к эжектору из газоочистителя 8 по трубопроводу 9a, либо водного раствора карбамата, который поступает к эжектору снизу из реактора R-1. По трубопроводу 13, соединяющему конденсатор 5 карбамата с реактором R-1, в реактор на повторную обработку поступает водный раствор, содержащий рециркулирующий карбамат и исходные аммиак и углекислый газ. Как уже было сказано выше, по трубопроводу 14 в секцию 3 поступает полученный в секции 2 синтеза частично очищенной раствор мочевины. В секции 3 очистки и отбора получаемой мочевины имеется дистиллятор 15 низкого давления (работающий при давлении около 3-4 бар), соединенный через промежуточный сборник 18 раствора мочевины с двумя последовательно установленными обычными вакуумными дистилляторами 16, 17. Полученная в секции 3 очищенная мочевина отбирается из установки по трубопроводу 19 и подается на дальнейшую обработку, для которой используется обычное не показанное на схеме оборудование. Содержащие аммиак пары по трубопроводам 20 и 21 поступают в секцию 22 вакуумной конденсации и обычным способом конденсируются в ней. Полученный конденсат, в котором содержится некоторое количество остаточного аммиака, подается на дальнейшую обработку по трубопроводу 23. Отбираемые из дистиллятора 15 пары смешиваются с полученным в секции 22 разбавленным раствором аммиака и образуют после конденсации в смесителе 24 разбавленный карбаматный раствор, который насосом 25 высокого давления по трубопроводу 9 подается в указанный выше газоочиститель 8.

Ниже рассмотрены некоторые показанные на фиг. 2-4 варианты предлагаемой в изобретении установки, выполненные на основе технологической схемы рассмотренной выше установки 1. Те элементы этих вариантов установки 1, которые по своей конструкции или по своему назначению ничем не отличаются от аналогичных элементов рассмотренной выше установки, обозначены на фиг. 2-4 теми же позициями, что и на фиг. 1, и в дальнейшем при описании вариантов новых установок не рассматриваются. Необходимо также подчеркнуть, что отличительным признаком настоящего изобретения является то, что описываемые ниже варианты установки 1 могут представлять собой как впервые созданные установки, так и установки, являющиеся модернизацией существующих установок, как более подробно поясняется ниже.

В соответствии с настоящим изобретением в показанной на фиг. 2 секции 2 синтеза параллельно реактору R-1 установлен второй реактор R-2 синтеза мочевины. Согласно основной идее изобретения реактор R-1 в отношении выхода и количества получаемой мочевины работает как основной реактор, а реактор R-2 работает как дополнительный реактор с меньшим выходом и меньшим количеством получаемой мочевины и предназначен для получения мочевины из поступающего в него из секции 3 очистки и отбора мочевины разбавленного карбаматного раствора. В этой связи установка 1 снабжена соответствующим оборудованием, в частности трубопроводом 26, по которому в дополнительный реактор R-2 из газоочистителя 8 подается рециркулирующий разбавленный раствор карбамата.

В соответствии с другой отличительной особенностью настоящего изобретения дополнительный реактор R-2 (в котором образовано соответствующее реакционное пространство) соединен трубопроводом 27 с десорбером 4, в котором происходит частичное разложение карбамата и частичное выделение свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в реакционной смеси, отбираемой из реакторов R-1 и R-2. Соединение дополнительного реактора R-2 трубой 27 с отводом 6а трубы 6 позволяет существенно упростить всю схему установки. Для поддержания на соответствующем уровне молярного соотношения NH₃/CO₂ и создания необходимого теплового баланса реакций, протекающих в основном и дополнительном реакторах R-1 и R-2, используются отводы 28a и 28b трубопровода 28, по которым в реакторы поступает оставшаяся в виде паров в конденсаторе 5 карбамата часть аммиака и углекислого газа. Для поддержания на соответствующем уровне молярного соотношения NH₃/CO₂ и создания необходимого теплового баланса в дополнительном реакторе R-2 можно также использовать часть исходного аммиака, подавая его в реактор по трубопроводу 26, соединенному трубопроводом 29 с трубопроводом 30b, по которому исходный аммиак подается на установку.

В соответствии с еще одной особенностью изобретения нижняя часть дополнительного реактора R-2 расположена относительно земли на более высоком уровне, чем нижняя часть основного реактора R-1, в результате чего облегчается поступление в реактор R-2 по трубопроводу 28b из конденсатора 5 карбамата несконденсировавшихся богатых аммиаком паров. Пары, отбираемые из верхней части дополнительного реактора R-2, поступают по трубопроводу 32 в газоочиститель 8.

Как уже было отмечено выше, показанная на фиг. 2 установка 1 представляет собой либо новую установку, либо модернизированную соответствующим образом существующую установку, в частности модернизированную установку, технологическая схема которой показана на фиг. 1.

Предпочтительный вариант модернизации установки по фиг. 1 предусматривает осуществление следующих стадий:
- установку дополнительного реактора R-2 перед десорбером 4 параллельно существующему реактору R-1;
- соединение реактора R-2 с десорбером трубопроводом 27;
- установку трубопровода 26 для рециркуляции в реактор R-2 разбавленного карбаматного раствора, полученного в секции 3 и отбираемого из газоочистителя 8.

В варианте установки по фиг. 2 дополнительный реактор R-2 предпочтительно смонтировать таким образом, чтобы его нижняя часть была расположена относительно уровня земли выше нижней части основного реактора R-1.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ модернизации существующей установки предусматривает также монтаж трубопровода 28b для рециркуляции в реактор R-2 богатых аммиаком несконденсировавшихся паров из конденсатора 5 карбамата и монтаж трубопровода 32, по которому отбираемые из верхней части реактора R-2 пары поступают в газоочиститель 8.

В другом варианте изобретения секция 2 синтеза предлагаемой установки 1, как показано на фиг. 3, содержит дистиллятор 35, в котором происходит перегонка поступающей в него по трубопроводу 27 из реактора R-2 реакционной смеси и в котором образуется поток богатых аммиаком паров, которые возвращаются в реактор R-2 по трубопроводу 36. Дистиллятор 35 соединен с десорбером 4 трубопроводом 37, по которому частично очищенная в результате дистилляции реакционная смесь поступает в десорбер. В этом варианте установки, кроме того, для повышения эффективности перегонки несконденсировавшиеся богатые аммиаком пары из конденсатора 5 карбамата подаются по отводу 28b трубопровода 28 не в реактор R-2, а в дистиллятор 35. Наличие дистиллятора 35 позволяет уменьшить количество жидкости (реакционной смеси, получаемой в реакторе R-2), подаваемой в десорбер 4, и снизить тем самым тепловую нагрузку на него. Наличие дистиллятора дает наибольший эффект при необходимости модернизации существующей установки с работающим на полную мощность десорберером.

В варианте установки 1 по фиг. 4 нижняя часть дополнительного реактора R-2 расположена на одной высоте с нижней частью реактора R-1 и по существу на уровне земли, что исключает необходимость в выполнении обычно сложных и дорогих монтажных работ по подъему реактора R-2. В этом варианте установки давление в дополнительном реакционном пространстве на 4-8 бар меньше давления в существующем основном реакционном пространстве. При этом молярное соотношение NH₃/CO₂ и тепловой баланс в дополнительном реакторе R-2 поддерживаются на необходимом уровне не за счет несконденсировавшихся паров, отбираемых из конденсатора 5 карбамата, а подачей в него по трубопроводу 33 паров из верхней части основного реактора R-1. В этой схеме трубопровод 28 проходит только между конденсатором 5 карбамата и основным реактором R-1. Пониженное давление синтеза в реакторе R-2 определяет необходимость установки в трубопроводе 27 на входе в десорбер 4 насоса 34, который перекачивает реакционную смесь из реактора R-2 в десорбер.

Ниже рассмотрена показанная на фиг. 5 схема известной установки для получения мочевины по способу изобарической десорбции (самодесорбции). Те элементы установки 1, которые по своей конструкции или по своему назначению ничем не отличаются от аналогичных элементов рассмотренных выше установок, обозначены на фиг. 5 теми же позициями, что и на фиг. 1-4, и в дальнейшем не рассматриваются.

В секции 2 синтеза показанной на фиг. 5 установки 1, которая работает в тех же условиях самодесорбции, что и обычные установки такого же типа, углекислый газ подается непосредственно в реактор R-1, а аммиак подается в сборник 38, который является неотъемлемой частью секции 3 отбора полученной на установке мочевины. Для этого в установке 1 используются трубопроводы 39, 40, соединяющие центробежный компрессор и насос высокого давления (не показаны) с реактором R-1 и сборником 38. В секции 2 имеется также установленный за конденсатором 5 карбамата сепаратор 41, предназначенный для отделения несконденсировавшихся в конденсаторе 5 паров, включающих аммиак, углекислый газ и водяной пар, от карбаматного раствора, возвращаемого в реактор R-1 по трубопроводу 42, соединенному с эжектором 43. Пары из сепаратора 41 отводятся по трубопроводу 44 в дистиллятор 45 среднего давления (рабочее давление около 18 бар), который установлен в секции 3 отбора непосредственно за десорбером 4. В секции 3 помимо указанного выше дистиллятора 45 среднего давления, дистиллятора 15 низкого давления и вакуумных дистилляторов 16,17 имеется дистилляционная колонна 46, предназначенная для отделения по существу чистого аммиака от разбавленного карбаматного раствора, которые возвращаются обратно в реактор R-1. Разбавленный карбаматный раствор, отбираемый снизу из дистилляционной колонны 46, по трубопроводу 47 перекачивается насосом 48 в конденсатор 5 карбамата, а пары чистого аммиака, отбираемые из колонны 46 сверху, конденсируются в конденсаторе 49, и жидкий аммиак по трубопроводу 50 поступает в сборник 38. Этот аммиак вместе со свежим аммиаком перекачивается в реактор R-1 по соединенному с эжектором 43 трубопроводу 53, на котором установлены насосы 51, 52. Насос 51 соединен также с трубопроводом 54, по которому в колонну 46 на ректификацию подается аммиачная флегма. В дистилляционной колонне 46 происходит ректификация разбавленного карбаматного раствора, полученного в результате конденсации в соответствующих конденсаторах 55 и 56 паров, отбираемых сверху из дистилляторов 45 и 15 низкого и среднего давления. В секции 3 имеется также емкость 57, в которой собирается образующийся в конденсаторе 56 разбавленный карбаматный раствор, который насосом 58 перекачивается из этой емкости в колонну 46.

Ниже рассмотрены показанные на фиг. 6-8 некоторые альтернативные варианты предлагаемых в настоящем изобретении установок, в основе которых лежит схема описанной выше установки 1 по фиг. 5.

В варианте, показанном на фиг. 6, секция 2 синтеза установки 1 содержит второй реактор R-2 синтеза мочевины, установленный параллельно реактору R-1. Аналогично рассмотренным выше вариантам изобретения реактор R-1 работает как основной реактор как по части выхода, так и по части производительности, а реактор R-2 работает как дополнительный реактор с меньшим выходом и меньшей производительностью и предназначен для конверсии в мочевину разбавленного карбаматного раствора, подаваемого в него из секций 3 очистки и отбора мочевины.

В установке 1 имеется также соответствующее устройство, выполненное в данном случае в виде трубопровода 66, для перекачки из нижней части колонны 46 в дополнительный реактор R-2 насосом 48 разбавленного карбаматного раствора. Дополнительный реактор R-2 соединен трубопроводом 59 с десорбером 4, в котором происходит частичное разложение карбамата и частичное выделение свободного аммиака, содержащегося в реакционных смесях, отбираемых из реакторов R-1 и R-2. Для поддержания на необходимом уровне молярного соотношения NH₃/CO₂ и теплового баланса в дополнительном реакторе R-2 в этот реактор по трубопроводу 44 из конденсатора 5 карбамата подаются несконденсировавшиеся богатые аммиаком пары. В рассматриваемом варианте изобретения пары, отбираемые сверху из дополнительного реактора R-2, по трубопроводу 60 подаются в дистиллятор 45 среднего давления. Низ дополнительного реактора R-2 предпочтительно расположить относительно уровня земли выше низа основного реактора R-1, облегчив тем самым поступление в реактор R-2 несконденсировавшихся паров из сепаратора 41.

Установка 1, схема которой показана на фиг. 6, может представлять собой новую установку или же установку, полученную модернизацией существующей установки, например установки, схема которой показана на фиг. 5, осуществляемой выполнением ряда монтажных операций, аналогичных тем, о которых было сказано при описании установки, показанной на фиг. 2.

В предлагаемом варианте установки 1 по на фиг. 7 дополнительный реактор R-2 смонтирован ниже основного реактора R-1 или на одном с ним уровне, при этом давление в дополнительном реакционном пространстве на 4-8 бар ниже давления в основном реакционном пространстве. При пониженном давлении в дополнительном реакторе R-2 отбираемая из него реакционная смесь перекачивается в десорбер 4 по трубопроводу 59 установленным перед десорбером насосом 61. Работа дополнительного реактора R-2 при более низком, чем в основном реакторе R-1, давлении и в этом случае позволяет упростить конструкцию установки 1 и снизить затраты на ее изготовление (или модернизацию).

Еще в одном предлагаемом в изобретении и показанном на фиг. 8 варианте установки 1 в секции 2 синтеза имеется дистиллятор 62, в котором происходит перегонка поступающей в него по трубопроводу 62 из реактора R-2 реакционной смеси и образуются богатые аммиаком пары, которые по трубопроводу 64 возвращаются в реактор R-2. Дистиллятор 62 в свою очередь соединен с дистиллятором 45 среднего давления трубопроводом 65, по которому в дистиллятор 45 поступает дистиллированная реакционная смесь. В рассматриваемой установке конец этого трубопровода 65 используется также для подачи в дистиллятор 45 среднего давления реакционной смеси из соединенного с десорбером 4 трубопровода 14. Наличие дистиллятора 62 позволяет уменьшить количество жидкости (реакционной смеси, получаемой в реакторе R-2), подаваемой в десорбер 4, и снизить за счет этого его тепловую нагрузку. Наибольший эффект от применения такого дистиллятора может быть получен при модернизации существующей установки с работающим на полную мощность десорбером.

Формула изобретения

1. Способ модернизации установки для получения мочевины, содержащей первый реактор синтеза мочевины R-1, второй реактор синтеза мочевины R-2, оборудование 4 для десорбции, в котором первая реакционная смесь, отбираемая из первого реактора R-1, подвергается обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в первой смеси; оборудование 5 для по крайней мере частичной конденсации паров, отбираемых из оборудования 4 для десорбции, и возврата первого карбаматного раствора в первый реактор R-1; секцию 3 отбора мочевины, в которой мочевина, полученная в первом реакторе R-1, отделяется от второго водного карбаматного раствора, отличающийся тем, что он включает следующие стадии: установку второго реактора R-2 синтеза мочевины до оборудования 4 для десорбции, соединение второго реактора R-2 с оборудованием 4 для десорбции, установку оборудования 9, 25, 26, 47, 48, 66 для возврата во второй реактор R-2 второго карбаматного раствора, полученного в секции 3 отбора мочевины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что низ второго реактора R-2 расположен выше низа первого реактора R-1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию установки оборудования 28а, 28b, 44 для возврата несконденсировавшихся паров из оборудования 4 для десорбции во второй реактор R-2.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию установки оборудования 8, 26 для конденсации паров, отбираемых сверху из первого R-1 и/или второго R-2 реакторов, и для возврата полученного при этом раствора во второй реактор R-2.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию установки трубопровода 33 для возврата во второй реактор R-2 паров, отбираемых сверху из первого реактора R-1.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию установки трубопровода 60 для подачи паров, отбираемых сверху из второго реактора R-2, в секцию 3 отбора мочевины.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает следующие стадии: соединение второго реактора R-2 с оборудованием 35 для перегонки, в котором вторая реакционная смесь, отбираемая из второго реактора R-2, подвергается обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся во второй смеси; установку оборудования 36 для возврата паров, отбираемых из оборудования для перегонки, во второй реактор R-2; соединение оборудования 35 для перегонки с оборудованием 4 для десорбции.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию установки оборудования 28b для рециркуляции несконденсировавшихся паров из оборудования 4 для десорбции в оборудование для перегонки 35.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию соединения верха второго реактора R-2 с дистиллятором 45 среднего давления, который имеется в секции 3 отбора мочевины.

10. Способ модернизации установки для получения мочевины, содержащей первый реактор синтеза мочевины R-1, второй реактор синтеза мочевины R-2, оборудование 4 для десорбции, в котором первая реакционная смесь, отбираемая из первого реактора R-1, подвергается обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в первой смеси; оборудование 5 для по крайней мере частичной конденсации паров, отбираемых из оборудования 4 для десорбции, и возврата первого карбаматного раствора в первый реактор R-1; секцию 3 отбора мочевины, в которой мочевина, полученная в первом реакторе R-1, отделяется от второго водного карбаматного раствора, отличающийся тем, что он включает следующие стадии: установку второго реактора R-2 синтеза мочевины до оборудования 4 для десорбции, установку оборудования 47, 48, 66 для возврата во второй реактор R-2 второго карбаматного раствора, полученного в секции 3 отбора мочевины, соединение второго реактора R-2 с оборудованием 62 для дистилляции для обработки отбираемой из второго реактора R-2 реакционной смеси, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся во второй смеси, установку оборудования 64 для возврата паров из оборудования 62 для дистилляции во второй реактор R-2, соединение оборудования 62 для дистилляции с секцией 3 отбора мочевины.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию установки оборудования 44 для возврата паров из оборудования 4 для десорбции во второй реактор R-2.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию установки трубопровода 60 для подачи паров, отбираемых сверху из второго реактора R-2, в секцию 3 отбора мочевины.

13. Установка для производства мочевины, включающая первый реактор синтеза мочевины R-1, второй реактор синтеза мочевины R-2, расположенный параллельно первому реактору R-1, оборудование 4 для десорбции, в котором первая реакционная смесь, отбираемая из первого реактора R-1, подвергается обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в первой смеси; оборудование 5 для по крайней мере частичной конденсации паров, отбираемых из оборудования 4 для десорбции, и возврата первого карбаматного раствора в первый реактор R-1; секцию 3 отбора мочевины, в которой мочевина, полученная в первом R-1 и втором R-2 реакторах, отделяется от второго водного карбаматного раствора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит оборудование 9, 25, 26, 47, 48, 66 для возврата во второй реактор R-2 второго карбаматного раствора, полученного в секции 3 отбора мочевины, оборудование 27, 34, 37, 59, 61 для подачи второй реакционной смеси из второго реактора R-2 в оборудование 4 для десорбции, где она подвергается обработке совместно с первой реакционной смесью из первого реактора.

14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 10, 30а для подачи потока исходного углекислого газа в оборудование 4 для десорбции.

15. Установка по п.13, отличающаяся тем, что низ второго реактора R-2 расположен выше низа первого реактора R-1.

16. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 28а, 28b, 44 для рециркуляции несконденсировавшихся паров из оборудования 4 для десорбции в первый R-1 и/или второй реактор R-2.

17. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 8, 26 для конденсации паров, отбираемых сверху из первого R-1 и/или второго реактора R-2, и возврата полученного при этом раствора во второй реактор R-2.

18. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она также содержит по крайней мере один трубопровод 33 для возврата во второй реактор R-2 паров, отбираемых сверху из первого реактора R-1.

19. Установка по п.13, отличающаяся тем, что она также содержит по крайней мере один трубопровод 60 для подачи в секцию 3 отбора мочевины паров, отбираемых сверху из второго реактора R-2.

20. Установка для получения мочевины, включающая первый реактор синтеза мочевины R-1, второй реактор R-2 синтеза мочевины, расположенный параллельно первому реактору R-1, оборудование 4 для десорбции, в котором первая реакционная смесь, отбираемая из первого реактора R-1, подвергается обработке, заключающейся в частичном разложении карбамата и частичном отделении свободного аммиака в водном растворе, содержащемся в первой смеси; оборудование 5 для по крайней мере частичной конденсации паров, отбираемых из оборудования 4 для десорбции, и возврата первого карбаматного раствора в первый реактор R-1; секцию 3 отбора мочевины, в которой мочевина, полученная в первом R-1 и втором R-2 реакторах, отделяется от второго водного карбаматного раствора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит оборудование 9, 25, 26, 47, 48, 66 для рециркуляции во второй реактор R-2 второго карбаматного раствора, полученного в секции 3 отбора мочевины, оборудование 35, 62 для перегонки отбираемой из второго реактора R-2 реакционной смеси с получением потока, включающего аммиак и углекислый газ в паровой фазе, и частично очищенной реакционной смеси, оборудование 36, 64 для возврата во второй реактор R-2 потока, включающего аммиак и углекислый газ в паровой фазе.

21. Установка по п.20, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 65 для подачи частично очищенной реакционной смеси из оборудования 62 для перегонки в секцию 3 отбора мочевины.

22. Установка по п.20, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 37 для подачи частично очищенной реакционной смеси из оборудования 35 для перегонки в оборудование 4 для десорбции.

23. Установка по п.20, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 44 для возврата несконденсировавшихся паров из оборудования 4 для десорбции во второй реактор R-2.

24. Установка по п.20, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 28b для возврата несконденсировавшихся паров из оборудования 4 для десорбции в оборудование для перегонки 35.

25. Установка по п. 20, отличающаяся тем, что она также содержит трубопровод 60 для подачи паров, отбираемых сверху из второго реактора R-2, в секцию 3 отбора мочевины.

26. Установка по п.20, отличающаяся тем, что она также содержит оборудование 8 для конденсации паров, отбираемых сверху из первого R-1 и/или второго R-2 реактора, и возврата полученного при этом раствора во второй реактор R-2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8