Способ совместного получения аммиака и мочевины

Изобретение относится к технологии производства мочевины из диоксида углерода и аммиака, объединенного с получением синтез-газа и его конверсией в аммиак. Способ совместного получения мочевины и реагента аммиака в синтезе мочевины проводят с использованием таких стадий, как производство синтез-газа для синтеза аммиака, содержащего диоксид углерода, конверсию синтез-газа в реагент аммиак, реакцию аммиака с диоксидом углерода в синтез-газе с образованием карбамата аммония, его дальнейшие превращения с получением мочевины. При этом способ также включает промывку исходного синтез-газа водным раствором аммиака с образованием раствора, обогащенного карбаматом аммония, удаление избытка аммиака из промытого синтез-газа промывкой водой и извлечение водного раствора реагента аммиака. Промытый водой синтез-газ очищается путем удаления остаточных количеств воды и аммиака и конвертируется в аммиак. На стадии промывки синтез-газа водным раствором аммиака охлаждают поток промытого синтез-газа и от него отделяют аммиак в жидком состоянии. Далее ведут очистку синтез-газа от остаточных количеств воды и аммиака и полученный поток возвращают на стадию промывки. Технический результат - создание усовершенствованного процесса, в котором в едином технологическом цикле объединены стадии получения диоксида углерода и реагента аммиака из синтез-газа и стадия синтеза мочевины через промежуточное образование карбамата аммония при промывке синтез-газа раствором аммиака. 2 ил., 6 табл.

 

Настоящее изобретение относится к способу получения мочевины путем совместного получения аммиака в процессе синтеза мочевины.

В настоящее время мочевину получают из карбамата аммония согласно реакциям:

2NH₃+CO₂→NH₂CO₂NH₄

NH₂CO₂NH₄→H₂O+H₂NCONH₂

Большую часть мочевины производят в соединении с заводами синтетического аммиака, так как необходимый диоксид углерода доступен из системы очистки синтез-газа во входном каскаде завода аммиака.

Большую часть мирового производства аммиака используют для производства мочевины. Таким образом, совместный способ производства мочевины будет иметь технические и экономические преимущества. Однако при существующей технологии производство мочевины и аммиака осуществляется в значительной степени на независимых заводах.

Основная цель этого изобретения состоит в том, чтобы обеспечить улучшенный способ получения мочевины вышеупомянутой реакцией диоксида углерода с аммиаком с образованием карбамата аммония и разложением карбамата на мочевину, в котором получение аммиака и получение мочевины объединяют в единой схеме потока путем совмещения получения диоксида углерода и реагента аммиака при очистке синтез-газа синтеза аммиака.

В соответствии с основной целью изобретение обеспечивает способ совместного получения мочевины и реагента аммиака с использованием стадий получения синтез-газа для синтеза аммиака, содержащего диоксид углерода, и конверсии синтез-газа в реагент аммиак, реакции реагента аммиака с диоксидом углерода в синтез-газе с образованием карбамата аммония и получения мочевины, причем этот процесс включает также стадии:

до конверсии синтез-газа в реагент аммиак,

(1) промывки синтез-газа водным раствором реагента аммиака и получения раствора, обогащенного карбаматом аммония;

(2) удаления избытка реагента аммиака из промытого синтез-газа промывкой водой и извлечением водного раствора реагента аммиака;

(3) очистки промытого водой синтез-газа поглощением остаточных количеств воды и аммиака; и

(4) пропусканием очищенного синтез-газа на конверсию этого газа в реагент аммиак.

Блок-схема на Фиг.1 описывает совместный способ получения мочевины из диоксида углерода и реагента аммиака в соответствии со специфическим вариантом осуществления изобретения.

Установка получения газа, состоящая из обычной секции гидроочистки, секции реформинга и секции конверсии, за которой следует установка, где газ с высоким содержанием диоксида углерода доводят до давления, необходимого для синтеза аммиака. Основную часть диоксида углерода затем удаляют промывкой газа водным раствором аммиака. Полученный раствор карбамата идет в реактор получения мочевины. Растворенные газы в этом растворе из этой точки могут рециркулировать на сторону всасывания компрессора.

Основной поток удаленного газа теперь используют как свежий газ для синтеза аммиака. Вначале селективной метанизацией СО удаляют остающуюся СО. Удаляемый со стадии метанизации газ насыщают аммиаком и смешивают с газом, выходящим из конвертера аммиака. Объединенный поток направляют на промывку, где аммиак удаляют промывкой водой. Так как этот процесс является экзотермическим, предпочтителен двухстадийный процесс: на первой стадии газ приводят в контакт с относительно концентрированным раствором аммиака, который поглощает приблизительно половину количества аммиака. На второй стадии происходит окончательное поглощение водой, образующейся на установке получения мочевины.

Газ, выходящий из установки поглощения, содержит некоторое количество аммиака, но также и некоторое количество воды, которая должна быть удалена до конвертера аммиака. Этот процесс может быть проведен в абсорбере молекулярными ситами или оксидом алюминия. Абсорбер может быть регенерирован продувочным газом. Ниже абсорбера газ проходит рециркуляционный компрессор, а затем его пропускают на обычную установку синтеза, состоящую из горячего теплообменника, конвертера синтеза и генерации пара. После охлаждения до комнатной температуры газ пропускают на поглощение водой, как описано выше.

Так как реакция карбамата происходит при повышенной температуре и так как образуется большое количество воды в ходе этого процесса, нет необходимости для этой цели получать безводный аммиак с низкой температурой. Очевидно, что слишком высокое содержание воды в полученном аммиаке будет оказывать отрицательное влияние на процесс получения мочевины, потому что вода будет понижать выход мочевины и тем самым увеличивать рециркулирующий продукт. Таким образом, требуется некоторое повышение концентрации аммиака. В обычном процессе получения аммиака обычно имеется избыток низкотемпературных калорий, которые используют в установке концентрирования аммиака, работающей при умеренном давлении, обычно избыточных 15-17 кг/см². При этом давлении будет получаться путем дистилляции при низкой температуре, ниже 120°С значительное повышение концентрации аммиака до 85%.

Этот способ устраняет необходимость в двух компрессорах (охлаждения и диоксида углерода), на заводе производства аммиака удаляют контур охлаждения и диоксида углерода. Так как концентрация аммиака на входе конвертера будет близка к нулю, происходит уменьшение размера конвертера или понижение скорости рециркуляции. Большая часть оборудования на заводе производства мочевины должна регенерировать диоксид углерода и аммиака. Диоксид углерода удаляют промывкой аммиаком; затем промывкой водой и дистилляцией удаляют аммиак. Наконец, в атмосферу выбрасывают «инертные» газы, главным образом, водород и азот.

Рециркуляцией инертных газов на сторону всасывания компрессора синтез-газа могут быть достигнуты упрощение процесса и сокращение числа установок на заводе производства мочевины. Кроме того, завод производства мочевины использует систему удаления рабочего конденсата, которая очищает техническую воду, чтобы сделать ее пригодной для котловой воды. На заводе получения аммиака используют аналогичную систему, и объединение этих двух систем может иметь некоторые потенциальные выгоды.

По мнению заявителя, предлагаемое техническое решение нигде не описывается и не предлагается в цитируемых экспертом документах Д1 до Д3.

Кроме того, заявитель представляет следующий пример осуществления данного изобретения.

Пример

Предлагаемый способ совместного получения мочевины и реагента аммиака осуществляют согласно схеме, приведенной на прилагаемом чертеже (фиг.2). При этом используют исходный синтез-газ следующего состава: 60,7 вес.% - CO₂, 6,8 вес.% - Н₂, 30,9 вес.% - N₂ и 1,6 вес.% - остальных компонентов, представляющих собой СО, Ar и СН₄, в количестве 167863 кг/ч. Получают поток продукта в количестве 163863 кг/ч в виде водного раствора мочевины (64 вес.%), который можно использовать для получения мочевины в твердой форме.

Состав потоков, указанных на фиг.2, сведен в нижеследующих таблицах 1-6.

Таблица 1.
	поток 1	поток 2	поток 3
	42°С	32 бар	123°С	179 бар	30°С	178 бар
вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч
Н2O	0,2	336	0,1	166	0,0	0
NH3	0,0	0	0,0	0	9,9	7129
CO2	60,7	101893	60,4	100554	0,6	432
Н2	6,8	11415	7,1	11820	16,2	11665
N2	30,9	51870	30,9	51442	70,2	50550
СО	0,7	1175	0,7	1165	1,4	1008
Ar	0,5	839	0,6	999	1,2	864
СН4	0,2	336	0,2	333	0,5	360
сумма	100,0	167863	100,0	166480	100,0	72008

Таблица 2.
	поток 4	поток 5	поток 6
	41°С	188 бар	60°С	188 бар	60°С	187,5 бар
вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч
Н2O	0,9	692	0,0	0	0,0	0
NH3	9,3	7155	0,7	1236	0,0	0
CO2	2,6	2000	0,7	1236	0,0	0
Н2	15,1	11617	15,0	26492	15,3	26628
N2	70,4	54164	70,8	125044	71,8	124961
СО	0,0	0	0,0	0	0,0	0
Ar	1,2	923	10,8	19075	10,9	18970
СН4	0,5	385	2,0	3532	2,0	3481
сумма	100,0	76937	100,0	176616	100,0	174040
Таблица 3.
	поток 7	поток 8	поток 9
	60°С	187,5 бар	45°С	32 бар	66°С	197 бар
вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч
Н2O	0,0	О	0,0	0	0,0	О
NH3	0,0	0	0,0	0	0,0	0
CO2	0,0	0	0,0	0	0,0	0
Н2	15,3	799	69,9	679	15,3	25840
N2	71,8	3750	22,0	214	71,8	121263
СО	0,0	0	0,0	0	0,0	0
Ar	10,9	569	7,6	74	10,9	18409
СН4	2,0	104	0,5	5	2,0	3378
сумма	100,0	5223	100,0	972	100,0	168890

Таблица 4.
	поток 10	поток 11	поток 12
	441°С	192 бар	39°С	190 бар	60°С	188 бар
вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч
H2O	0,0	0	0,0	0	1,0	692
NH3	34,4	58098	34,4	58098	92,3	63882
CO2	0,0	0	0,0	0	1,2	831
H2	9,2	15538	9.2	15538	0,8	554
N2	43,5	73467	43,5	73467	3,7	2561
CO	0,0	0	0,0	0	0,0	0
Ar	10,9	18409	10,9	18409	0,6	415
CH4	2,0	3378	2,0	3378	0,4	277
сумма	100,0	168890	100,0	168890	100,0	69211
Таблица 5.
	поток 13	поток 14	поток 15
	25°С	180 бар	110°С	180 бар	45°С	180 бар
вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч
NH3	85,8	271986	65,1	271122	97,8	153985
CO2	0,0	0	24,1	100413	0,9	1417
мочевина	0,0	0	0,0	0	0,0	0
H2O	14,2	45014	10,8	45066	1,3	2047
N2+H2	0,0	0	0,0	0	0,0	0
сумма	100,0	317000	100,0	411472	100,0	157449

Таблица 6.
	поток 16	поток 17	поток 18
	209°С	175 бар	147°С	4,5 бар	130°С	4,5 бар
вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч	вес.%	кг/ч
NH3	21,7	55123	57,3	51789	2,0	3334
CO2	7,7	19560	19,4	17497	1,3	2063
мочевина	41,5	105420	0,0	0	64,4	105420
Н2О	29,1	73921	23,3	21054	32,3	52867
N2+H2	0,0	0	0,0	0	0,0	0
сумма	100,0	254023	100,0	90340	100,0	163683

Способ совместного получения мочевины и реагента аммиака с использованием стадий получения синтез-газа для синтеза аммиака, содержащего диоксид углерода, и конверсии синтез-газа в реагент аммиак, реакции реагента аммиака с диоксидом углерода в синтез-газе с образованием карбамата аммония и получения мочевины, который до конверсии синтез-газа в реагент аммиака дополнительно включает стадии:

(1) промывка синтез-газа водным раствором реагента аммиака и образование раствора, обогащенного карбаматом аммония;

(2) удаление избытка реагента аммиака из промытого синтез-газа и отделение реагента аммиака;

(3) очистка промытого синтез-газа удалением остаточных количеств аммиака; и

(4) подача очищенного синтез-газа на конверсию упомянутого газа в реагент аммиак, отличающийся тем, что стадию (2) проводят путем промывки водой и отделения водного раствора реагента аммиака; на стадии (3) удаляют остаточные количества воды и аммиака; и поток газа, выходящего из конверсии синтез-газа в реагент аммиак, возвращают на стадию (2).