Способ обработки отходящих газов установки для получения меламина
Изобретение относится к способу обработки отходящих газов, который является частью интегрированного способа получения меламина и мочевины, а также к интегрированной установке для получения мочевины и меламина. Способ использования отходящих газов характеризуется тем, что отходящие газы, выходящие из реактора для синтеза меламина, подаются в промывочную секцию, промытые отходящие газы передаются через трубопровод в установку для получения мочевины, при этом промытые отходящие газы смешиваются с раствором карбамата ниже по потоку от промывочной секции путем подачи раствора карбамата в трубопровод, причем объемное соотношение газов и раствора карбамата, подающегося в трубопровод, составляет от 2:1 до 10:1, при котором внутри трубопровода получается двухфазная смесь газов и раствора карбамата. Изобретение обеспечивает уменьшение коррозии трубопровода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 пр.
Настоящее изобретение относится к способу обработки отходящих газов в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения и к интегрированной установке для получения мочевины и меламина по п.11.
Настоящее изобретение относится к способу обработки отходящих газов, получающихся в реакторе для синтеза меламина, который является частью интегрированного способа получения меламина и мочевины.
Интегрированные способы получения мочевины и меламина известны в уровне техники, при этом меламин получают на установке для получения меламина, в частности в способе синтеза меламина при низком или высоком давлении. Для синтеза меламина используют аммиак и мочевину в качестве сырьевого материала, в котором мочевина производится на установке по производству мочевины, в которую идут отходящие газы из установки для синтеза меламина или из реактора, который в основном содержит аммиак и диоксид углерода, которые рециркулируются в качестве сырья.
В случае способов при высоком давления для синтеза меламина мочевина и аммиак вступают в реакцию при температуре от 320 до 450°С и давлении от 5 до 60 МПа, при этом получаются жидкий меламин и отходящие газы, которые состоят в основном из аммиака, двуокиси углерода и небольшого количество газообразного меламина.
После отделения расплава меламина от отходящих газов, этот расплав меламина обрабатывается с использованием различных способов для получения чистого меламина. Отходящие газы предпочтительно возвращаются в установку для получения мочевины.
Перед рециркуляцией отходящих газов в установку для производства меламина, они должны обрабатываться для удаления газообразного меламина и побочных продуктов в связи с тем, что указанный газообразный меламин и побочные продукты могут препятствовать процессу производства мочевины.
Известны различные способы рециркуляции отходящих газов в установку для получения мочевины, включающие этап удаления газообразного меламина и побочных продуктов из отходящих газов перед рециркуляцией отходящих газа в секцию мочевины.
В соответствии с US 3723430 отходящие газы, выходящие из реактора высокого давления для синтеза меламина, вводятся в промывочный блок, в котором отходящие газы промываются и очищаются расплавленной мочевиной. Выходящая из промывочный секции мочевина содержит остаточный меламин и побочные продукты и подается непосредственно в реактор для синтеза меламина.
Промытые или очищенные отходящие газы производства меламина затем подаются непосредственно в реактор низкого давления для получения мочевины без конденсации.
WO 2005/080321 А1 относится к интегрированному способу получения мочевины и меламина, в котором отходящие газы в качестве побочных продуктов синтеза меламина промываются или чистятся раствором или расплавом мочевины в промывочном блоке или скруббере и затем подаются в конденсаторную секцию для отходящих газов. В указанной конденсаторной секции отходящие газы, поступающие из секции синтеза меламина, и водный раствор карбамата смешиваются и конденсируются. Раствор карбамата поступает из секции извлечения мочевины установки для получения мочевины. В конденсаторном блоке отходящие газы полностью конденсируются в растворе карбамата путем косвенного теплообмена с охлаждающей текучей средой, такой как вода, при этом получается концентрированный водный раствор карбамата, который затем подается обратно в секцию синтеза мочевины.
WO 2008/052640 А1 также относится к интегрированному способу получения мочевины и меламина, в котором установка для получения мочевины является установкой полной рециркуляции, а установка для производства меламина является установкой высокого давления. Отходящие газы синтеза меламина обрабатываются в скруббере или промываются жидкой мочевиной в скруббере и получаются при давлении не менее 0,2 МПа, обычно при давлении от 1 до 7 МПа. Конденсация отходящих газов проходит в секции среднего давление установки для получения мочевины, при этом конденсация проводится с использованием водного раствора карбамата, рециркулируемого из синтеза мочевины. В секции среднего давления установки для получения мочевины такое же давление, как и давление отходящих газов из установки для получения меламина. Таким образом, происходит конденсация при давлении отходящих газов. Водный раствор карбамата, использующийся для конденсации, только смешивается с отходящими газами из секции синтеза меламина в конденсаторной секции.
Таким образом, известные способы обработки отходящих газов, поступающих из реактора для синтеза меламина, промываются в промывочном блоке или в скруббере с использованием жидкой мочевины. Промывание отходящих газов позволяет очистить отходящие газы от газообразного меламина и побочных продуктов и выходить из головки промывочного блока обычно с температурой от 195 до 205°C и при давлении выше 10 МПа. Эти отходящие газы затем передаются непосредственно, т.е. в газообразной форме, или после их конденсации в водном растворе карбамата, в часть высокого давления установки для получения мочевины, в которой отходящие газы используются для синтеза мочевины.
Еще одна причина коррозии трубопроводов с отходящими газами может заключаться в том, что переносящиеся твердые частицы оседают в отдельных местах внутри трубопровода отходящих газов, например, в местах, где поверхность неровная за счет сварных швов.
Эти отложения могут предотвращать контакт металлической поверхности с пассивирующим воздухом, при этом в таких местах может происходить коррозия.
Трубопровод отходящих газов для передачи отходящих газов от установки для получения меламина к установке для получения мочевины является центральным соединительным трубопроводом между обеими установками и может иметь длину до нескольких сотен метров. Например, нет ничего необычного в том, что соединительный трубопровод, в частности в старых установках, может иметь длину от 200 до 300 м, в то время как в новых установках длина трубопровода может сокращаться до приблизительно 10 или 20 метров. Однако из-за проблем, вызываемых сильной коррозией, возникающей в этих трубопроводах отходящих газов, необходимо выключать полный комплекс завода в целях выполнения необходимого ремонта. Эти остановки, однако, являются дорогостоящими, и поэтому такие проблемы нежелательны.
Кроме того, известно, что явление коррозии возрастает с повышением температуры.
Таким образом, один из возможных подходов для снижения коррозии в трубопроводе отходящих газов после скруббера мочевины или ниже по потоку от скруббера мочевины может быть снижение температуры отходящих газов, выходящих из скруббера. Это может быть, например, сделано за счет работы скруббера отходящих газов на более низком температурном уровне. Недостатком этого подхода, однако, является то, что тепло отходящих газов не может быть использовано, как обычно, для предварительного нагрева расплава мочевины, поступающей в реакторе для меламина.
Другой подход может заключаться в подаче воды в трубопровод отходящих газов. Это, однако, может быть контрпродуктивным для синтеза мочевины, так как дополнительная вода негативно влияет на скорость синтеза мочевины и приводит к увеличению потребления рабочего материала, например пара. Кроме того, потребовалось бы удалять воду из отходящих газов перед подачей в установку для получения мочевины.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, которые позволяют уменьшить коррозию в трубопроводе отходящих газов, соединяющем установку для получения меламина с установкой для получения мочевины, не сталкиваясь с проблемами, описанными в предшествующем уровне техники.
Эта задача решается с помощью способа по п.1 формулы изобретения и при использовании установки в соответствии с п.11 формулы изобретения.
Соответственно, способ в соответствии с настоящим изобретением относится к обработке отходящих газов, полученных в установке для получения меламина, содержащей, по меньшей мере, один реактор для синтеза меламина и, по меньшей мере, один промывочный блок, в частности установки высокого давления для синтеза меламина в интегрированном способе получения мочевины и меламина. Отходящие газы, выходящие из реактора для синтеза меламина как части установки высокого давления для получения меламина, подаются в указанную промывочную секцию, которая также известна как скруббер мочевины.
Промытые отходящие газы, выходящие из промывочной секции, или скруббера, передаются из указанной промывочной секции, по меньшей мере, через один трубопровод, по меньшей мере, в одну установку для синтеза мочевины.
Это означает, что трубопровод соединяет указанную промывочную секцию и, следовательно, установку для получения меламина, по меньшей мере, с одной установкой для синтеза мочевины.
В способе в соответствии с настоящим изобретением промытые отходящие газы, выходящие из промывочной секции или скруббера, смешиваются, по меньшей мере, с одним раствором карбамата ниже по потоку от промывочной секции, то есть непосредственно после выхода из промывочной секции. Смешивание проводится путем подачи раствора карбамата в трубопровод, соединяющий указанную промывочную секцию с указанной установкой для получения мочевины.
Способ согласно изобретению отличается тем, что объемное отношение отходящих газов к раствору карбамата, подающегося в трубопровод, выбирается таким, чтобы двухфазная смесь отходящих газов и раствора карбамата получалась внутри трубопровода.
Таким образом, при смешивании отходящих газов из промывочного блок с раствором карбамата, подающегося в трубопровод, двухфазная смесь, или продукт из газообразных отходящих газов и жидкого карбамата (газ/жидкость) получают внутри трубопровода, соединяющего установку для получения меламина с установкой для получения мочевины. Подача водного раствора карбамата в трубопровод может также рассматриваться в качестве дополнительной стадии процессе промывания в промывочном блоке или скруббере.
Отношение отходящих газов и раствора карбамата, таким образом, выбирают таким, чтобы, по меньшей мере, количество подающегося раствора карбамата позволяло осуществить частичную конденсацию отходящих газов за пределами точки насыщения отходящих газов. Таким образом, объемное соотношение отходящих газов и раствора карбамата, подающегося в трубопровод, составляет от 2:1 до 10:1, предпочтительно от 2:1 до 8:1, наиболее предпочтительно от 2,3:1 до 5:1. Оказалась, что подача водного раствора карбамата в трубопровод отходящих газов неожиданно снижает коррозионное воздействие в трубопроводе, хотя присутствует высоко коррозионный карбамат. При этом коррозионный карбамат в трубопроводе состоит из раствора карбамата, подающегося в трубопровод, а также дополнительного карбамата, формирующегося при конденсации отходящих газов.
Этот эффект снижения коррозии не мог предсказываться на основе предшествующего уровня техники. Несмотря на то, что подача раствора карбамата снижает температуру отходящих газов, что уменьшает коррозию само по себе, коррозионные свойства водного раствора карбамата обычно противодействуют этому эффекту и приводят к увеличению коррозии. Кроме того, при смешивании отходящих газов и раствора карбамата происходит, по меньшей мере, частичная конденсация меламина отходящих газов, и при этом образуется еще более концентрированный раствор карбамата, который даже повышает коррозионное воздействие.
В отличие от ожидаемых явлений, описанных выше, способ в соответствии с настоящим изобретением значительно снижает коррозию в трубопроводе. Предполагается, что пленка жидкости образуется в нижней части горизонтального трубопровода отходящих газов в связи, по меньшей мере, с частичной конденсацией отходящих газов. Указанная пленка, над которой проходит поток отходящих газов, вызывает смывание. Указанное смывание в свою очередь предотвращает осаждение твердых частиц, а также частиц ржавчины, которые в противном случае содействовали бы коррозии.
Термин "непосредственно" в контексте настоящего изобретения означает, что раствор карбамата подают в трубопровод с использованием соответствующего впускного отверстия вблизи выпускного отверстия промывочного блока или скруббера, т.е. ниже по потоку от промывочного блока. Это значит, что расстояние между выходом промывочного блока или скруббера, в частности расширительным клапаном или нагнетательным клапаном промывочной секции или скруббера, и, по меньшей мере, одним местом, таким как впускное отверстие для раствора карбамата, расположенным на трубопроводе, предпочтительно должно быть небольшим.
Расстояние между выпускным отверстием промывочного блока и впускным отверстием для подачи раствора карбамата зависит от общей длины соединительного трубопровода.
В одном варианте осуществления настоящего способа впускное отверстие для подачи раствора карбамата в соединительный трубопровод располагается в месте, находящемся на расстоянии от промывочной секции, составляющем 1/3, предпочтительно 1/4 общей длины соединительного трубопровода.
Таким образом, в тех случаях, когда общая длина соединительного трубопровода составляет несколько сотен метров, например, от 200 до 300 м, расстояние впускного отверстия от выпускного отверстия промывочной секции не более 100 м, предпочтительно 50 м, более предпочтительно 20 м, наиболее предпочтительно 10 м. В случаях, когда общая длина соединительного трубопровода составляет от 10 до 20 м, расстояние впускного отверстия от выпускного отверстия промывочной секции составляет 6 м, предпочтительно 5 м, более предпочтительно от 3 м, наиболее предпочтительно 1 м.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один раствор карбамата подают в трубопровод, соединяющий промывочную секцию с установкой для получения мочевины, по меньшей мере, в одном месте вниз по потоку, например, в котором впускное отверстие находится на расстоянии 5 м от промывочной секции или скруббера.
Таким образом, согласно этому варианту осуществления изобретения, расстояние между выпускным отверстием промывочной секции или скруббера, таким как подходящий расширительный клапан или нагнетательный клапан, и, по меньшей мере, одним впускным отверстием для подачи раствора карбамата, таким как подходящее сопло, предпочтительно составляет 5 м. Тем не менее, в целом, также возможно уменьшить расстояние между выпускным отверстием скруббера и впускным отверстием для карбамата еще больше. Расстояние между выпускным отверстием скруббера и впускным отверстием для карбамата также может составлять от 0,5 до 5 м, предпочтительно от 1 до 3 метров.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего способа промывочная секция содержит вертикальный промывочный аппарат с расширительным клапаном или нагнетательным клапаном, который может располагаться на заданном расстоянии, например от 1 до 5 м, предпочтительно от 2 до 5 м в вертикальном направлении от промывочного аппарата.
Соединительный трубопровод продолжается дальше по вертикали от указанного расширительного клапана или нагнетательного клапана вертикальной промывочной секции на заранее заданное расстояние до точки, в которой соединительный трубопровод сгибается под заданным углом, предпочтительно составляющем, по меньшей мере, 90°, наиболее предпочтительно под углом от 90 до 110°.
Расстояние или длина соединительного трубопровода между расширительным клапаном или нагнетательным клапаном и точкой изгиба трубопровода обычно выбирается в зависимости от доступного пространства на месте и может быть, например, от 1 до 5 м, предпочтительно от 2 до 5 м. После точки изгиба или точки кривизны соединительный трубопровод продолжается существенно горизонтально или с заданным уклоном в сторону установки для получения мочевины, уклон определяется углом изгиба, указывавшемся выше, для соединения промывочной секции с установкой для получения мочевины. Соответственно, по меньшей мере, один раствор карбамата подается в соединительный трубопровод через впускное отверстие, находящееся на расстоянии не менее 5 м, предпочтительно 3 м, наиболее предпочтительно 1 м от указанной точки изгиба соединительного трубопровода.
В другом варианте, по меньшей мере, один раствор карбамата содержит от 10 до 50 мас.% CO2 и между 10 и 50 мас.% NH3. Температура подающегося раствора карбамата предпочтительно составляет от 60 до 90°C при давлении, которое равно давлению в верхней части высокого давления установки для получения меламина, то есть от 3 до 15 МПа, предпочтительно от 8 до 12 МПа. В общем, давление раствора карбамата, подающегося в трубопровод, должно быть выше, чем давление отходящих газов, подающихся в трубопровод, то есть давление в части высокого давления установки для получения меламина, чтобы подавать или впрыскивать раствор карбамата в трубопровод.
Температура отходящих газов, поступающих из промывочной секции в головке скруббера мочевины, находится между 190 и 250°С, предпочтительно от 195 до 230°C, наиболее предпочтительно между 195 и 205°С. Отходящие газы, как правило, находятся под давлением выше 3 МПа, предпочтительно выше 8 МПа.
После перемешивания раствора карбамата и отходящих газов, выходящих из промывочной секции, температура смеси в трубопроводе находится в пределах между 140 и 200°C, предпочтительно между 150 и 190°C.
В конкретном предпочтительном варианте, по меньшей мере, один раствор карбамата получается из указанной установки для получения мочевины, в частности, из части с низким давлением указанной установки для получения мочевины. Предпочтительно, чтобы раствор карбамата, получающийся из установки для получения мочевины как продукт непреобразованных NH3 и CO2, возвращался в процесс общего типа рециркуляции, в котором рециркуляция содержит процесс отгонки. В указанном процессе отгонки карбамат разлагается в несколько этапов с уменьшением давления в части со средним давления и/или в части с низким давлением установки для получения мочевины в NH3, CO2 и воду, которая в свою очередь возвращается в реактор для синтеза мочевины.
Такое сочетание процесса синтеза мочевины и процесса рециркулирования известно, например, как процесс Снампрогетти Аммиак и процесс самоотгонки (энциклопедия промышленной химии Ульмана, 6-е издание, 2005 г., глава "Мочевина", стр.1-36). Этот процесс включает стадии синтеза мочевины путем подачи CO2, NH3 и рециклирующегося карбамата в реактор синтеза мочевины, затем направление смеси синтеза на рециркуляцию при среднем давлении и рециркуляцию при низком давлении, причем раствор карбамата отделяется от полученной мочевины с использованием отгонки, и раствор карбамата рециркулируется в реактор для синтеза мочевины.
Полученная мочевина затем дополнительно обрабатывается в процессе окончательно обработки.
Как упоминалось ранее, предпочтительно, в контексте настоящего изобретения подавать раствор карбамата, получающийся в таком процесса рециклирования мочевины, в трубопровод, соединяющий скруббер мочевины установки для получения меламина с установкой для получения мочевины. При этом раствор карбамата может происходить из секции среднего давления, секции низкого давления и/или любой другой части в процессе отгонки мочевины.
Однако предпочтительно использовать раствор карбамата из секции низкого давления в процессе отгонки мочевины. Кроме того, можно добавить раствор карбамата из любого другого подходящего источника.
В одном варианте раствор карбамата подается в указанный трубопровод, соединяющий указанную промывочную секцию с установкой для получения мочевины более чем в одном месте вдоль трубопровода, предпочтительно до четырех мест, или впускных отверстий. Это означает, что подача раствора карбамата не ограничивается одним местом непосредственно за промывочным блоком. Тем не менее, в соответствии с настоящим изобретением, раствор карбамата должен подаваться, по меньшей мере, в месте, ближайшем к промывочному блоку.
В одном из вариантов изобретения, по меньшей мере, 20% от общего количества раствора карбамата подают в указанный трубопровод, соединяющий указанную промывочную секцию с установкой для получения мочевины, через первое впускное отверстие или место на трубопроводе сразу после выхода из промывочной секции, то есть непосредственно ниже по потоку от промывочной секции или скруббера в пределах 5 м от промывочной секции или скруббера. В особенно предпочтительном варианте 100% раствора карбамата подают в трубопровод в первом местоположении или впускном отверстии для карбамата.
Раствор карбамата может подаваться в трубопровод, соединяющий промывочную секцию с установкой для получения мочевины, с использованием, по меньшей мере, одного сопла или форсунки как впускного отверстия для раствора карбамата. Сопло или форсунка могут устанавливаться в трубопроводе под углом от 0 до 90 градусов по отношению к направлению потока в трубопроводе. Кроме того, можно устанавливать смесительные устройства в местах ввода, которые позволяют смешивать раствор карбамата, поступающий из установки для получения мочевины, со свежим NH3 или СО2, если это необходимо.
Из-за низкой температуры раствора карбамата, предпочтительно поступающего из секции отгонки мочевины, имеющего температуру от 60 до 90°C, по меньшей мере, частичная конденсация происходит в трубопроводе при подаче раствора карбамата в трубопровод отходящих газов.
Водный раствор карбамата поддерживает конденсацию отходящих газов и затем рециркулируется в реактор для синтеза мочевины вместе с конденсированными отходящими газами.
Преимуществом этого подхода является то, что рециркуляция может осуществляться без добавления воды в реактор для синтеза мочевины.
В другом варианте смесь отходящих газов и раствора карбамата, полученная в трубопроводе, подается, по меньшей мере, в один конденсаторный блок перед вводом в реактор для синтеза мочевины, как части установки для получения мочевины. Таким образом, происходит полная или частичная конденсация отходящих газов, присутствующих в смеси отходящих газов и раствора карбамата в указанном конденсаторном блоке, который предпочтительно располагается в непосредственной близости выше по потоку, например на расстоянии от 1 до 5 м от реактора для синтеза мочевины. Конденсаторный блок, как выше указывалось, можно также рассматривать как часть установки для синтеза мочевины.
В особенно предпочтительном варианте смесь отходящих газов и раствора карбамата, получающаяся, по меньшей мере, в одном трубопроводе, подается непосредственно после смешивания отходящих газов и раствора карбамата, по меньшей мере, в один конденсаторный блок, в котором происходит полная или частичная конденсация отходящих газов и раствора карбамата.
В этом случае конденсатор предпочтительно располагается непосредственно ниже по потоку от промывочного блока на расстоянии, которое зависит от общей длины соединительного трубопровода. Таким образом, в тех случаях, когда общая длина соединительного трубопровода составляет несколько сотен метров, например от 200 до 300 м, расстояние от конденсатора не больше чем 100 м, предпочтительно 50 м, более предпочтительно 20 м от выпускного отверстия промывочного блока или секции. В случаях, когда общая длина соединительного трубопровода составляет от 10 до 20 м, расстояние от конденсатора до выпускного отверстия промывочной секции составляет 8 м, предпочтительно 5 м, более предпочтительно 3 м. В этом случае осуществляется не только подача раствора карбамата в трубопровод с отходными газами, но и рассеивание тепла в конденсаторе, так что полная конденсация отходящих газов достигается практически в непосредственной близости вниз по потоку от промывочного блока установки для получения меламина. Это позволяет уменьшить трубопровод для отходящих газов между установкой для производства меламина и установкой для получения мочевины и, следовательно, еще больше снизить затраты.
В другом предпочтительном варианте смесь отходящих газов и раствора карбамата, полученная в указанном трубопровод для отходящих газов, подается, по меньшей мере, в два конденсаторных блока, располагающихся между промывочным блоком установки для получения меламина и установкой для получения мочевины, в частности, реактором для синтеза мочевины, причем в первом конденсаторном блоке происходит частичная конденсация отходящих газов и раствора карбамата, а во втором конденсаторном блоке осуществляется полная конденсация отходящих газов и раствора карбамата.
Способ в соответствии с настоящим изобретением осуществляется в интегрированной установке для получения мочевины и меламина, содержащей, по меньшей мере, одну установку для получения меламина, включающую, по меньшей мере, один реактор для синтеза меламина и, по меньшей мере, одну промывную секцию для отходящих газов, выходящих из реактора для синтеза меламина, и, по меньшей мере, один трубопровод, соединяющий, по меньшей мере, одну установку для получения меламина, в частности, по меньшей мере, одну промывочную секцию, по меньшей мере, с одной установкой для получения мочевины, содержащей, по меньшей мере, один реактора для синтеза мочевины. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина дополнительно содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие, в частности, для подачи раствора карбамата в указанный трубопровод для получения двухфазной смеси, содержащей указанные отходящие газы и раствор карбамата, причем указанное впускное отверстие располагается в указанном трубопроводе в непосредственной близости ниже по потоку от промывочной секции.
В этом случае также расстояние между выпускным отверстием из промывочного блока и впускным отверстием для подачи раствора карбамата зависит от общей длины соединительного трубопровода и, предпочтительно, составляет 1/3, наиболее предпочтительно 1/4 от общей длины соединительного трубопровода. Таким образом, в тех случаях, когда общая длина соединительного трубопровода составляет несколько сотен метров, например, от 200 до 300 м, расстояние от впускного отверстия промывочной секции не больше 100 м, предпочтительно 50 м, более предпочтительно 20 м, наиболее предпочтительно 10 м. В случаях, когда общая длина соединительного трубопровода составляет от 10 до 20 м, расстояние от впускного отверстия до выпускного отверстия промывочной секции составляет 6 м, предпочтительно 5 м, более предпочтительно 3 м, наиболее предпочтительно 1 м.
Интегрированная установка для получения мочевины и меламина состоит в предпочтительном варианте, по меньшей мере, из одного конденсатора для частичной или полной конденсации смеси, содержащей указанные отходящие газы, и раствор карбамата, в котором указанный конденсатор располагается в непосредственной близости ниже по потоку от промывочной секции и указанного выпускного отверстия. Таким образом, конденсаторный блок располагается ниже по потоку от впускного отверстия для подачи раствора карбамата в трубопровод. Расстояние этого конденсаторного блока от выхода скруббера мочевины предпочтительно является таким, как описывается выше.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления интегрированная установка для получения мочевины и меламина содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие на трубопроводе между установкой для получения меламина и установкой для получения мочевины для подачи раствора карбамата, причем это впускное отверстие располагается на расстоянии 5 м ниже по потоку от выпускного отверстия промывочной секцией для меламина и, по меньшей мере, один конденсаторный блок, выполненный на расстоянии 20 м ниже по потоку от выпускного отверстия промывочной секции.
Таким образом, предпочтительное расстояние между впускным отверстием для карбамата и конденсаторным блоком составляет 15 метров.
В другом варианте осуществления интегрированная установка для получения мочевины и меламина содержит, по меньшей мере, один конденсаторный блок для частичной или полной конденсации смеси, содержащей указанные отходящие газы и раствор карбамата, располагающийся в непосредственной близости выше по потоку от реактора для синтеза мочевины.
Возможно также, что интегрированная установка для получения мочевины и меламина содержит, по меньшей мере, один конденсаторный блок для частичной конденсации смеси, содержащей указанные отходящие газы и раствор карбамата, располагающийся в непосредственной близости ниже по потоку от промывочного блока, и, по меньшей мере, один конденсаторный блок для полной конденсации смеси, содержащей указанные отходящие газы и раствор карбамата, располагающийся в непосредственной близости выше по потоку от реактора для синтеза мочевины. Два конденсаторных блока, однако, могут располагаться в любом месте вдоль трубопровода, соединяющего промывочную секцию установки для получения меламина и реактор для синтеза мочевины установки для получения мочевины.
Интегрированная установка для получения мочевины и меламина может также содержать более одного впускного отверстия, в частности до четырех впускных отверстий для подачи раствора карбамата в указанный трубопровод для получения смеси, содержащей указанные отходящие газы и раствор карбамата.
Далее настоящее изобретение описано более подробно на основе следующих примеров в сочетании с чертежами, на которых показывается:
Фиг.1 - схема интегрированной установки для получения мочевины и меламина в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - схема интегрированной установки для получения мочевины и меламина в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 - схема интегрированной установки для получения мочевины и меламина в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 - схема интегрированной установки для получения мочевины и меламина в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 - схема интегрированной установки для получения мочевины и меламина в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.6 - схема интегрированной установки для получения мочевины и меламина в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На рисунке 1 показана схема интегрированной установки для получения мочевины и меламина в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором установка для получения меламина включает реактор 1 для синтеза меламина и скруббер 2 мочевины. В реакторе 1 для синтеза меламина мочевина 7, поступающая преимущественно из установки 6 для получения мочевины, содержащей реактор для синтеза мочевины, на других рабочих этапах взаимодействует в присутствии NH3, превращаясь в меламин. Расплав 12 меламина содержит меламин в качестве основного продукта, а также отходящие газы 3 NH3 и CO2 и побочные продукты, например, продукты конденсации меламина мелем или мелам и продукты окисления меламина, такие как аммелин и аммелид.
Отходящие газы 3 отделяют от расплава 12 меламина. Последний выходит из реактора 1 для синтеза меламина и подвергается нескольким стадиям очистки, которые могут включать процесс обработки расплава меламина раствором, содержащим аммиак, или щелочным раствором, и дальнейшей обработке затвердевшего меламина. Эти способы хорошо известны специалисту в данной области.
Отходящие газы 3 состоят в основном из NH3 и CO2, но содержат также газообразный меламин и побочные продукты меламина. Для того чтобы рециклировать NH3 и CO2 для получения мочевины, желательно удалить газообразный меламин и побочные продукты из потока отходящих газов. Поэтому отходящие газы 3, выходящие из реактора для получения меламина, переносятся в промывочный блок или скруббер 2 мочевины. Здесь поток отходящих газов 3 промывается или обрабатывается в скруббере мочевиной 7, поступающей из установки для получения мочевины. Мочевина 7 промывает отходящие газы, удаляя газообразный меламин и побочные продукты из потока отходящих газов. Одновременно мочевина 7 нагревается отходящими газами 3, которые обычно имеют температуру между 195 и 205°C. Мочевина 7, выходящая из скруббера 2, затем подается в реактор 1 для синтеза меламина.
Отходящие газы 3, освобожденные от газообразного меламин и его побочных продуктов, выходят из скруббера 2 мочевины через соответствующее выпускное отверстие в головке скруббера 2 в трубопровод 5, соединяющий скруббер 2 мочевины с установкой 6 для получения мочевины. Установка 6 для получения мочевины содержит реактор для синтеза мочевины и, по меньшей мере, один элемент для рециркуляции (не показан). В непосредственной близости ниже по потоку от выхода из скруббера 2 выполняется впускное отверстие 10 для подачи раствора карбамата 4 в трубопровод 5.
Раствор карбамата 4 представляет собой побочный продукт синтеза мочевины и отводится на одной из стадий рециркуляции карбамата, например, из секции рециркуляции низкого давления (не показана) в составе установкой 6 для получения мочевины.
Впускное отверстие 10 выполнено в виде сопла ниже по потоку от скруббера 2 с расстоянием от последнего менее 10 м, например 5 м. Впускное отверстие или сопло 10 располагается под углом 45° по отношению к направлению потока и к трубопроводу 5. Это позволяет получать быстрое смешивание раствора 4 карбамата с потоком отходящих газов.
Раствор 4 карбамата подают в трубопровод 5 через впускное отверстие 10 при температуре в пределах от 60 до 90°C. Из-за низкой температуры раствора 4 карбамата, отходящие газы 3 охлаждаются и частично конденсируются в месте впуска внутри трубопровода 5.
Смесь отходящих газов 3 и жидкого раствора 4 карбамата представляет собой двухфазную систему, т.е. систему газ-жидкость, которая впоследствии передается через трубопровод 5 непосредственно в реактор для синтеза мочевины установки 6 для получения мочевины, где эта смесь смешивается со свежими NH3 и CO2 и рециклирующимся раствором карбамата.
Как описывается ниже на примерах, подача водного раствора 4 карбамата в трубопровод 5 с отходящими газами и, следовательно, смешивание отходящих газов 3 с раствором 4 карбамата, как неожиданно оказалось, уменьшает коррозионное воздействие на трубопровод, несмотря на использование высоко коррозионного карбамата.
Таким образом, интегрированная установка для получения мочевины и меламина, показанная на Фигуре 1, а также на следующих Фигурах от 2 до 5, обеспечивает удивительно простой и неожиданный способ рециклирования отходящих газов 3 из установки для получения меламина в установку 6 для получения мочевины без необходимости закрывать установки для удаления коррозийных частей трубопровода и, следовательно, являющийся экономически более эффективным способом производства меламина.
Фигура 2 относится ко второму варианту осуществления изобретения. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина схематически показана на Фигуре 2. Она включает в себя все особенности установки, показанной на Фигуре 1. Кроме того, конденсатор 8 интегрируется в систему рециркуляции отходящих газов 3 производства меламина. Конденсатор 8 располагается в непосредственной близости выше по потоку от установки 6 для получения мочевины.
Конденсатор 8 работает при давлении, соответствующем давлению в части высокого давления установки для получения меламина и, следовательно, ниже, чем давление в установке 6 для получения мочевины. Конденсированная жидкость обычно переносится из конденсатора 8 к установке 6 для получения мочевины посредством насоса. Температура в конденсаторе 8, как правило, находится между 150 и 180°C и, следовательно, она немного ниже, чем в установке 6 для получения мочевины, где температура в пределах между 190 и 200°C.
Таким образом, двухфазная смесь отходящих газов 3 и раствора 4 карбамата полностью конденсируется в указанном конденсаторе 8, и получается высококонцентрированный раствор карбамата, который затем подается в установку 6 для получения мочевины. Также возможна подача в конденсатор 8 свежих NH3 и CO2 и раствора карбамата из других источников, например, из секций обработки мочевины среднего или низкого давления.
Фигура 3 относится к третьему варианту осуществления изобретения - интегрированной установке для получения мочевины и меламин, схематически показанной на Фигурах 1 и 2. Кроме того, дополнительный конденсатор 9 встраивается в трубопровод 5 отходящих газов между установкой для получения меламина и установкой для получения мочевины.
Конденсатор 9 расположен в непосредственной близости ниже по потоку от скруббера 2 мочевины и сопла 10 для раствора карбамата. Конденсатор 9, в частности, располагается на расстоянии 20 м от скруббера 2 мочевины и 15 м от сопла 10.
Таким образом, двухфазная система из отходящих газов и раствора 4 карбамата получающаяся у впускного отверстия 10, может частично конденсироваться в конденсаторе 9, обеспечивая высококонцентрированный раствор карбамата. Частично конденсированный раствор карбамата затем транспортируется по трубопроводу 5 в конденсатор 8, где он дополнительно конденсируется и дополнительно может смешиваться с раствором карбамата из отгоночной или рециклирующейся части установки для получения мочевины или со свежими NH3 и CO2.
Рисунок 4 относится к четвертому варианту осуществления изобретения. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина, показанная на Фигуре 4, содержит все признаки установки, показанной на Фигуре 1. В дополнение к установке по Фигуре 1 устанавливается конденсатор 9, расположенный в непосредственной близости ниже по потоку на расстоянии 20 м от скруббера 2 мочевины и 15 м от впускного отверстия 10 в трубопроводе 5.
В случае установки в соответствии с Фигурой 4 не только подача раствора 4 карбамата в трубопровод отходящих газов 5 происходит в непосредственной близости ниже по потоку от скруббера 2 мочевины, но также происходит отвод тепла в конденсаторе 9, так что полная конденсация отходящих газов достигается в непосредственной близости ниже по потоку от скруббера 2 мочевины установки для получения меламина. Это обеспечивает уменьшение длины трубопровода 5 отходящих газов между установкой для получения меламина и установкой для получения мочевины, и, следовательно, приводит к еще большему снижения затрат.
Фигура 5 относится к пятому варианту осуществления настоящего изобретения и включает в себя все особенности установки, показанной на Фигуре 1. Вместе с впускным отверстием 10 для раствора 4 карбамата выполняется еще несколько дополнительных впускных отверстий, например, 3 впускных отверстия для подачи раствора карбамата в различных местах вдоль трубопровода 5. Таким образом, происходит постепенное перемешивание отходящих газов 3 из скруббера 2 мочевины с раствором 4 карбамата. Постепенное перемешивание позволяет осуществлять постепенное снижение температуры отходящих газов 3 и, таким образом, постепенное образование конденсата. В этом случае, по меньшей мере, 20% от общего количества раствора 4 карбамата подается через первое впускное отверстие 10, расположенное в непосредственной близости ниже по потоку от скруббера 2 мочевины.
Фигура 6 относится к шестому варианту осуществления изобретения, который в основном соответствует варианту осуществления, показанному на Фигуре 1, но с той разницей, что использующаяся промывочная секция (2) содержит вертикальный промывочный аппарат с расширительным или нагнетательным клапаном (2а), который располагается в пределах 5 м от промывочного аппарата.
Таким образом, соединительный трубопровод (5) проходит вертикально из промывочного сектора (2) и продолжается дальше по вертикали от указанного расширительного клапана или нагнетательного клапана (2а) вертикального промывочного сектора на расстоянии не менее 1 м. На этом расстоянии соединительный трубопровод (5) изгибается на угол 100° по направлению к установке (6) для получения мочевины.
После точки изгиба, или точки (13) кривизны, соединительный трубопровод (5) продолжается с уклоном в сторону установки (6) для получения мочевины, при этом уклон определяется углом изгиба в 100° для соединения промывочной секции и установки для получения мочевины. Соответственно, по меньшей мере, один раствор (4) карбамата подается в соединительный трубопровод (5) через впускное отверстие (10), находящееся на расстоянии 5 м от указанной точки (13) изгиба соединительного трубопровода (5).
Специалист в данной области поймет при чтении документов настоящего изобретения, что возможны любые комбинации из вариантов, показанных на сопровождающих фигурах и описанных выше, и, следовательно, охватываются настоящим изобретением.
Пример 1 (сравнительный):
23 т/ч отходящих газов, содержащих NH3 и CO2, получаемых в реакторе для получения меламина высокого давления, работающем при 375°C и 10,5 МПа, направляются в скруббер мочевины. В скруббере мочевины отходящие газы приводятся в контакт с холодным расплавом мочевины для того, чтобы удалить следы меламина, содержащегося в отходящих газах. Таким способом очищенные и охлажденные отходящие газы покидают скруббер мочевины при 10,5 МПа и 205°C и направляются в трубопровод отходящих газов, соединяющий установку для получения меламина с установкой для получения мочевины в направлении установки для синтеза мочевины.
После короткого периода работы в течение нескольких недель были обнаружены утечки в трубопроводе отходящих газов, которые были связаны с явлением коррозии. Вся установка была закрыта на несколько дней для того, чтобы заменить ржавые части трубопровода отходящих газов.
Пример 2:
23 т/ч отходящих газов, содержащих NH3 и CO2, полученных из реактора высокого давления для получения меламина, работающего при 375°C и 10,5 МПа, направляются в скруббер мочевины. В скруббере мочевины отходящие газы приводятся в контакт с холодным расплавом мочевины для того, чтобы удалить следы меламина, содержащегося в отходящих газах. Таким способом очищенные и охлажденные отходящие газы покидают скруббер мочевины при 10,5 МПа и 205°C.
На расстоянии 5 м от нагнетательного клапана 10 т/ч скруббера мочевины раствор карбамата с температурой 70°C добавлялся через сопло в трубопровод отходящих газов. Температура получаемой двухфазной смеси составляла приблизительно 165°C.
После полной конденсации отходящих газов производства меламина в конденсаторном блоке полученный раствор карбамата возвращался в установку для получения мочевины.
После нескольких лет эксплуатации коррозия не наблюдалась в трубопроводе отходящих газов.
Перечень ссылочных позиций
1 реактор для синтеза меламина
2 скруббер мочевины
2а расширительный клапан или нагнетательный клапан
3 отходящие газы синтеза меламина
4 раствор карбамата
5 трубопровод, соединяющий установку для получения
меламина с установкой для получения мочевины
6 установка для получения мочевины
7 мочевина
8 один конденсатор
9 другой конденсатор
10 впускное отверстие для раствора 4 карбамата
11 дополнительные впускные отверстия для раствора 4 карбамата
12 расплав меламина
13 точка изгиба
1. Способ использования отходящих газов (3), получающихся в установке для получения меламина, содержащей, по меньшей мере, один реактор (1) для синтеза меламина и, по меньшей мере, одну промывочную секцию (2) в интегрированном способе получения мочевины и меламина, в котором отходящие газы (3), выходящие из реактора (1) для синтеза меламина, подаются в промывочную секцию (2), а промытые отходящие газы (3), выходящие из промывочной секции (2), передаются из промывочной секции (2), по меньшей мере, через один трубопровод (5), который соединяет промывочную секцию (2), по меньшей мере, с одной установкой (6) для получения мочевины, при этом отходящие газы (3), выходящие из промывочной секции (2), смешиваются, по меньшей мере, с одним раствором (4) карбамата непосредственно ниже по потоку от промывочной секции (2) путем подачи раствора (4) карбамата в трубопровод (5), соединяющий промывочную секцию (2) с установкой (6) для получения мочевины, отличающийся тем, что объемное соотношение отходящих газов (3) и раствора (4) карбамата, подающегося в трубопровод (5), составляет от 2:1 до 10:1, при котором внутри трубопровода (5) получается двухфазная смесь отходящих газов (3) и раствора (4) карбамата.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объемное соотношение отходящих газов (3) и раствора (4) карбамата, подающегося в трубопровод (5), составляет от 2:1 до 8:1, преимущественно от 2,3:1 до 5:1.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один раствор (4) карбамата подается в трубопровод (5), соединяющий промывочную секцию (2) с установкой (6) для получения мочевины, через, по меньшей мере, одно впускное отверстие (10), расположенное на расстоянии, составляющем 1/3, преимущественно 1/4 полной длины соединительного трубопровода.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубопровод (5) сначала проходит вертикально от расширительного клапана или нагнетательного клапана (2а) вертикальной промывочной секции (2) на заданное расстояние до точки (13), в которой трубопровод (5) сгибается на заданный угол, составляющий, по меньшей мере, 90°, и продолжается соответственно горизонтально или с заданным наклоном к установке (6) для получения мочевины для соединения промывочной секции (2) с установкой (6) для получения мочевины, причем, по меньшей мере, один раствор (4) карбамата подается в трубопровод (5) на расстоянии, по меньшей мере, 5 м, предпочтительно 3 м, наиболее предпочтительно 1 м от указанной точки (13) изгиба трубопровода (5).
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один раствор (4) карбамата получается из установки (6) для получения мочевины, в частности из части с низким давлением или из части со средним давлением установки (6) для получения мочевины.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор (4) карбамата подается в трубопровод (5), соединяющий промывочную секцию (2) с установкой (6) для получения мочевины, более чем в одном месте (10) вдоль трубопровода (5), предпочтительно используя до 4 дополнительных мест (11).
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, 20% всего количества раствора (4) карбамата подается в трубопровод (5), соединяющий промывочную секцию (2) с установкой (6) для получения мочевины, непосредственно после выхода из промывочной секции (2).
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь отходящих газов (3) и раствора (4) карбамата, получающаяся в трубопроводе (5), подается, по меньшей мере, в один конденсаторный блок (8, 9) перед подачей в установку (6) для получения мочевины, причем, по меньшей мере, в конденсаторном блоке (8, 9) осуществляется полная или частичная конденсация отходящих газов (3).
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь отходящих газов (3) и раствора (4) карбамата, получающаяся, по меньшей мере, в одном трубопроводе (5), подается непосредственно после смешивания отходящих газов (3) и раствора (4) карбамата, по меньшей мере, в один конденсаторный блок (9), в котором осуществляется полная или частичная конденсация отходящих газов (3).
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь отходящих газов (3) и раствора (4) карбамата, получающаяся в трубопроводе (5), подается, по меньшей мере, в два конденсаторных блока (8, 9), причем в первом конденсаторном блоке (9) осуществляется частичная конденсация отходящих газов (3), а во втором конденсаторном блоке (8) осуществляется полная конденсация отходящих газов (3).
11. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина по способу в соответствии с п.1, содержащая:
- по меньшей мере, одну установку для получения меламина, содержащую, по меньшей мере, один реактор (1) для синтеза меламина и, по меньшей мере, одну промывочную секцию (2) для отходящих газов (3), поступающих из реактора (1) для синтеза меламина;
- по меньшей мере, один трубопровод (5), соединяющий, по меньшей мере, одну установку для получения меламина, в частности промывочную секцию (2), по меньшей мере, с одной установкой (6) для получения мочевины,
отличающийся тем, что, по меньшей мере, один трубопровод (5) содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие (10), в частности, для полдачи раствора (4) карбамата в трубопровод (5) для получения двухфазной смеси, содержащей отходящие газы (3) и раствор (4) карбамата, причем впускное отверстие (10) располагается в непосредственной близости ниже по потоку от промывочной секции (2).
12. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина по п.11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно впускное отверстие (10) для подачи раствора (4) карбамата в трубопровод (5) выполняется на расстоянии от промывочной секции (2), составляющем 1/3, предпочтительно 1/4 полной длины трубопровода (5).
13. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина по п.11, отличающаяся тем, что трубопровод (5) проходит сначала вертикально от расширительного клапана или нагнетательного клапана (2а) вертикальной промывочной секции (2) на заданное расстояние до точки (13), где трубопровод (5) сгибается на заданный угол, предпочтительно, по меньшей мере, на 90°, и продолжается существенно горизонтально или с заданным уклоном в сторону установки (6) для получения мочевины для соединения промывочной секции (2) с установкой (6) для получения мочевины, причем, по меньшей мере, одно впускное отверстие (10) устанавливается на расстоянии, по меньшей мере, 5 м, предпочтительнее 3 м, наиболее предпочтительно 1 м от указанной точки (13) изгиба трубопровода (5).
14. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина по п.11, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один конденсаторный блок (9) для частичной конденсации смеси, содержащей отходящие газы (3), располагается в непосредственной близости ниже по потоку от промывочной секции (2) и/или, по меньшей мере, один конденсаторный блок (8) для полной конденсации смеси, содержащей отходящие газы (3), располагается в непосредственной близости выше по потоку от установки (6) для получения мочевины.
15. Интегрированная установка для получения мочевины и меламина по п.11, отличающаяся тем, что имеет несколько впускных отверстий (11), в частности до четырех впускных отверстий для подачи раствора (4) карбамата в трубопровод (5) для получения смеси, содержащей отходящие газы (3).
