Способ синтеза карбамида и колонна для его осуществления



Способ синтеза карбамида и колонна для его осуществления
Способ синтеза карбамида и колонна для его осуществления
Способ синтеза карбамида и колонна для его осуществления
B01J19 - Химические, физические или физико-химические способы общего назначения (физическая обработка волокон, нитей, пряжи, тканей, пера или волокнистых изделий, изготовленных из этих материалов, отнесена к соответствующим рубрикам для такого вида обработки, например D06M 10/00); устройства для их проведения (насадки, прокладки или решетки, специально предназначенные для биологической обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод C02F 3/10; разбрызгивающие планки или решетки, специально предназначенные для оросительных холодильников F28F 25/08)

Владельцы патента RU 2300416:

Общество с ограниченной ответственностью "АГРОХИМРАЗВИТИЕ" (RU)

Способ синтеза карбамида из аммиака и углекислоты в колонне синтеза с газожидкостным рециклом, при котором поток водного раствора углеаммонийных солей (УАС) из зоны дистилляции направляют сверху или снизу в середину колонны синтеза, содержащую вертикальный цилиндрический корпус, размещенную на внутренней поверхности футеровку из коррозионно-стойкого материала, смеситель и штуцеры ввода и вывода реагентов и имеющую расположенный внутри перфорированный трубопровод, отверстия которого размещены попарно по периметру трубопровода на уровне середины колонны под углом 20-60°С к центральной оси колонны. Технический результат заключается в интенсификации контактирования вводимых компонентов, увеличении службы слоя футеровки колонны и повышении конверсии за счет удаления избытка воды, образующегося в процессе синтеза. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к синтезу карбамида из аммиака и диоксида углерода при повышенных температуре и давлении и аппаратурному оформлению проведения процесса в газожидкостной среде.

Все промышленные способы получения карбамида основаны на его образовании по реакции аммиака с диоксидом углерода:

2NH3+CO2=CO(NH2)22O

В условиях синтеза при высоких давлениях (около 200 атм) и температурах (150-200°С) образующаяся при реакции вода, в основном, находится в жидкой фазе и оказывает значительное влияние на смещение реакции в сторону исходных веществ, особенно в начале процесса синтеза, снижая тем самым его эффективность.

Известны способы использования для смещения реакции в сторону образования карбамида водоотнимающих веществ, например безводный сульфат магния, хлорид кальция, кремнезем (B.Neumann, A.Sonntag, Z.Elektrochem., 37,805 (1931) или гидрат окиси алюминия и закиси железа (Б.И.Леви, ЖХП, 11, №9, 38 (1934).

Однако в условия синтеза карбамида продукты взаимодействия этих агентов с водой нестойки и не сдвигают реакцию в сторону образования карбамида.

Известны способы синтеза карбамида с рециркуляцией углеаммонийных солей (УАС) в виде водного раствора или суспензии (Горловский Д.М. и др. Технология карбамида. - Л.: Химия, 1981, Патент США №3091637, кл.260-555, 1963; патент RU 1774623, кл. С07С 273/04, 1996; патент RU 2071467, кл. С07С 273/04, 1997).

Недостатком данных способов является значительное количество воды, образующейся при синтезе в зоне основной реакции, которая вместе с водным раствором углеаммониевых солей (УАС) возвращается в колонну синтеза, что не позволяет повысить степень конверсии исходных компонентов.

В промышленных агрегатах синтеза карбамида производительностью 90 тыс./год с жидкостным рециклом возвратные углеаммонийные соли (УАС) содержат 20-25 мас.%. Воды и после промывной колонны попадают в смеситель на смешение с аммиаком и углекислотой и далее в нижнюю часть колонны синтеза, именно в начальную стадию процесса синтеза карбамида, увеличивая количества воды и снижая при этом степень конверсии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения карбамида при повышенных температуре и давлении, при котором из зоны реакции выводят плав синтеза, который разделяют на жидкие продукты и газообразную смесь непрореагировавших компонентов нагреванием под давлением синтеза в отпарной зоне. Отделившийся газовый поток направляют в дополнительную реакционную зону, в которую также подают свежие диоксид углерода и аммиак и которая работает в адиабатическом режиме при температуре, равной температуре в зоне синтеза. Затем в полученные газообразные продукты добавляют разбавленный водный раствор углеаммонийных солей со стадии концентрирования раствора мочевины и смесь направляют на стадию конденсации газа и абсорбции карбамата аммония, насыщенный абсорбент сепарируют и возвращают в зону синтеза (SU 1774623, кл. С07С 273/04, опубл. 1996.05.20).

К недостаткам данного способа относятся сложности осуществления разделения УАС и многостадийность введения их в цикл реакции.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение негативного влияния избытка воды, возвращаемого при жидкостном рецикле в виде водного раствора УАС в начальную стадию реакции, и повышение степени конверсии до 70-75%.

Указанный технический результат достигается тем, что поток водного раствора УАС из зоны основной реакции направляют в середину колонны синтеза небольшими струйками под углом 20-60° к центральной оси колонны.

Истечение водного раствора УАС через отверстия, расположенные попарно на разной высоте трубопровода под углом 20-60° к центральной оси колонны, происходит под разным напором и с разной скоростью. На более высоких уровнях струйки УАС выходят с меньшей скоростью, нежели из нижних. Это позволяет равномерно распределить во внутреннем пространстве колонны водный раствор УАС и обеспечить интенсивное равномерное контактирование вводимых компонентов в зоне реакции с доведением степени конверсии исходных компонентов выше 70%.

Сущность изобретения поясняется на чертежах. На фиг.1 показана колонна синтеза карбамида (первый вариант), где 1 - вертикальный цилиндрический корпус колонны, 2 - трубопровод выхода плава карбамида, 3 - штуцер ввода исходных реагентов, 4 - перфорированный трубопровод для ввода УАС, 5 - крышка колонны синтеза, 6 отверстия трубопровода 4. На фиг.2 показана колонна синтеза карбамида (второй вариант) с вертикальным цилиндрическим корпусом 1, трубопроводом для выхода плава карбамида 2, штуцером ввода исходных реагентов 3, перфорированным турбопроводом для ввода УАС 4, крышкой колонны синтеза 5, отверстиями 2 - в верхней части перфорированного трубопровода 4. На фиг.3 показан разрез по А-А перфорированного трубопровода 4, предназначенного для подачи в колонну синтеза карбамида возвратных водных растворов УАС небольшими струйками под углом к центральной оси колонны через отверстия 6.

При осуществлении способа возвратные УАС при выходе из колонны синтеза из зоны основной реакции направляют небольшими струйками сверху (фиг.1) или снизу (фиг.2) в середину колонны через отверстия 6 (фиг.3), расположенные по периметру трубопровода 4 под углом 20-60° к центральной оси колонны.

Известна колонна синтеза мочевины, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, внутренняя поверхность которого футерована коррозионно-стойким материалом. Корпус имеет штуцеры ввода и вывода реагентов, смешивающее устройство и расположенные внутри корпуса горизонтальные перегородки с изменяющимся свободным сечением по высоте колонны (SU 808122, кл. B01J 19/00, 1976).

Недостатком данной колонны является недостаточная степень конверсии двуокиси углерода.

Известна конструкция футерованной колонны синтеза, применяемой в производстве с жидкостным рециклом. Колонна выполнена в виде цилиндрического сосуда с размещенным внутри смесителем (Кучерявый В.И., Лебедев В.В. Синтез и применение карбамида. М.: Химия, 1970, с.316-317).

К недостатку этой конструкции следует отнести трудность и длительность ремонта футеровки, а также необходимость соблюдения определенного температурного режима при разогреве и охлаждении колонны.

Известен реактор для проведения процесса в газожидкостной среде, содержащий вертикальный корпус и вертикальные контактные устройства, состоящие из наружного и внутреннего элементов, концентрично расположенных один в другом, каждый имеет отверстие (щель) для входа среды в верхней его части (SU 215883, кл. B01J 37/02, 1968).

Однако плотность среды в таком реакторе синтеза карбамида в центральной его части меньше, чем у стенок, поэтому в центральной части проходит большее количество реакционной среды, в том числе воды, содержащейся в возвратных УАС, сдвигающих реакцию в сторону исходных веществ.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является колонна синтеза карбамида, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, размещенную на внутренней поверхности футеровку из коррозионного материала, массообменное устройство, выполненное в виде соединенных последовательно сопла, приемной и смешивающей камер, диффузора, установленных на штуцере ввода реагентов и заключенных в перфорированный кожух (RU 2173212, кл. В01J 10/00, 2001).

Недостатком данной конструкции колонны является относительно быстрое разрушение футеровки из коррозионно-стойкого материала и недостаточная степень конверсии двуокиси углерода - в пределах 65%.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение степени конверсии исходных реагентов выше 70-71%, уменьшение поверхности активного контакта внутренней футеровки колонны синтеза с агрессивными исходными реагентами и водными растворами УАС.

Для достижения указанного технического результата колонна синтеза карбамида в газожидкостной среде, состоящая из вертикального корпуса со штуцерами для ввода и выхода реагентов, имеет расположенный внутри перфорированный трубопровод, отверстия которого расположены попарно по периметру трубопровода в верхней его части на уровне середины колонны под углом 20-60° к его центральной оси.

Размещение отверстий попарно по периметру трубопровода на разной его высоте под углом 20-60° обеспечивает нахождение водного раствора УАС в этих отверстиях под разным напором из-за различной глубины погружения этих отверстий в пространстве колонны. Поэтому движущая сила истечения УАС через данные отверстия будет переменной по высоте трубопровода вследствие изменения напора.

В разных сечениях трубопровода скорость истечения струек УАС будет различна: из более верхних уровней струи УАС выходят с меньшей скоростью, нежели из нижних.

Это позволяет равномерно распределить в пространстве колонны поток УАС и интенсифицировать процесс контактирования исходных компонентов.

Расположение отверстий под углом 20-60° позволяет получить попеременный падающий напор в трубопроводе, уменьшить во времени скорость движения водного раствора УАС и тем самым увеличить время контактирования компонентов реакции.

На фиг.1 показана колонна синтеза с перфорированным трубопроводом 4, расположенным в центре колонны в верхней ее части. На фиг.2 показана колонна синтеза карбамида с трубопроводом 4, расположенным в центре колонны в нижней ее части. На фиг.3 показан срез трубопровода 4 по его диаметру, по периферии которого расположены попарно под углом 20-60° к его центральной оси отверстия 6.

Трубопровод прикрепляется к штуцеру входа или выхода реагентов 3, 2 (фиг.2) или устанавливается в крышке 5 вертикального цилиндрического корпуса 1 колонны синтеза (фиг.1).

В процессе синтеза карбамида образовавшийся в начальной стадии синтеза водный раствор УАС, направляют через помещенный внутри колонны по ее центру перфорированный трубопровод 4, в верхней части которого имеются отверстия 6, расположенные под углом 20-60° к его центральной оси.

Использование предлагаемого способа синтеза карбамида и колонны для его осуществления позволяет повысить степень конверсии синтеза карбамида до 70-71% вместо 64-65% в настоящее время, увеличить производительность агрегата на 8-10 тыс.т/год при одновременном снижении себестоимости готовой продукции за счет снижения условно-постоянных расходов и энергозатрат на стадиях ректификации растворов карбамида.

1. Способ синтеза карбамида из аммиака и углекислоты в колонне синтеза с газожидкостным рециклом, при котором поток водного раствора углеаммониевых солей (УАС), образовавшийся в начальной стадии процесса, направляют в середину колонны синтеза небольшими струйками под углом 20-60° к центральной оси колонны.

2. Колонна синтеза карбамида с газожидкостным рециклом, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, размещенную на внутренней поверхности футеровку из коррозионностойкого материала, штуцеры для ввода и выхода реагентов, при этом колонна имеет расположенный внутри перфорированный трубопровод, отверстия которого размещены попарно по периметру трубопровода и находятся на уровне середины колонны под углом 20-60° к центральной оси колонны.

3. Колонна синтеза по п.2, в которой перфорированый трубопровод для подачи водного раствора УАС прикреплен к штуцеру входа или выхода реагентов или установлен в крышке колонны синтеза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам для получения карбамида из аммиака и диоксида углерода. .

Изобретение относится к конденсатору карбамата погружного типа, используемому на установке для получения синтезированной мочевины из газообразного диоксида углерода и жидкого аммиака.

Изобретение относится к производству мочевины из аммиака и диоксида углерода. .

Изобретение относится к производству мочевины, в частности к стадии разложения водного раствора карбамата. .

Изобретение относится к технологии комплексной переработки углеводородных топливных газов, например метана и других природных газов, с получением синтезированных веществ.

Изобретение относится к способу совместного производства аммиака и мочевины на установке, включающей реактор синтеза аммиака, реактор синтеза мочевины и секцию регенерации мочевины.

Изобретение относится к способу получения мочевины взаимодействием аммиака с диоксидом углерода в двух реакционных зонах, работающих параллельно. .

Изобретение относится к аппаратурному оформлению проведения процессов в газожидкостной среде и может быть использовано для синтеза карбамида из аммиака и диоксида углерода при повышенных температурах и давлениях.

Изобретение относится к области управления реактором полунепрерывного действия (РПНД) при изменяемом расходе жидкого дозируемого компонента. .

Изобретение относится к промышленной экологии и может быть использовано для беспламенной очистки выбросов промышленных предприятий. .

Изобретение относится к технологии переработки нефти и нефтепродуктов и может быть использовано на установках с атмосферными и вакуумными колоннами, предназначенными для фракционной перегонки нефти.

Изобретение относится к реакторам для проведения полимеризации мономеров, преимущественно альфаолефиновых мономеров. .

Изобретение относится к аппаратурному оформлению стадии синтеза в процессе получения мочевины из аммиака и диоксида углерода. .

Изобретение относится к области обмена и/или реакции между текучими средами, касается ли это обмена калориями или фригориями, например, посредством нагрева или охлаждения, или обмена составляющими элементами, например, посредством фильтрации или сепарации, или абсорбции, или десорбции, или впрыскивания вещества (веществ), или химической реакции.
Изобретение относится к медицине, в частности к средствам для лечения поражений кожи. .

Изобретение относится к аппаратам для проведения химических реакций и массообменных процессов. .

Изобретение относится к аппаратурному оформлению стадии синтеза в процессе получения мочевины из аммиака и диоксида углерода. .
Наверх