Способ выделения непрореагировав-ших аммиака и углекислого газа изпродуктов синтеза мочевины

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (») 810078 (61} Дополнительный к патенту (51)м. к„.з

С 07 С 126/02 (22) Заявлено 0203-77 (21) 2455690/23 04 (32) 02.03.76 (33) Япония (23). Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (31) 51-21760

Опубликовано 28.02.81, Бюллетень ¹ 8 (53) УДК 661.717. . 5. 07 (088.8) Дата опубликования описания 280281

Иностранец

Сигеру. Иноуэ 1 (Япония)

1 -.:-, Иностранная фирма

"Мицуи Тоацу Кемикалэ Инкорпорейтед" (Япония) (72) Автор изобретения

"i

t (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ НЕПРОРЕАГИРОВАВШИХ АММИАКА

И УГЛЕКИСЛОГО РАЗА ИЗ ПРОДУКТОВ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ

Изобретение относится к способу рекуперации непрореагировавших NH> и .СОе из смеси, получаемой при синтезе мочевины реакцией углекислого газа с аммиаком.

Известен способ рекуперации непрореагировавших NH и СО .иэ смеси, получаемой при синтезе мочевины, включающий в себя стадии реакции в зоне синтеза мочевины углекислого газа с аммиаком при повышенных температурах и давлении с получением продуктов синтеза, содержащих мочевину, избыток аммиака, непрореагировавший карбамат аммония и воду, путем обработки укаэанных продуктов синтеза мочевины по меньшей мере на двух стадиях разделения, включающих стадию высокого давления (10-170 атм) и стадию низкого давления (1 5 атм) с выделением . 20 иэ продуктов синтеза на каждой ста-, дии разделения газообразных смесей, содержащих NH>, СО и водяной пар, причем часть разделительной зоны на стадии низкого давления приходится на долю ректификационной зоны, состоящей иэ верхней части с температурой 60-120оС и нижней части с температурой 100-140ОС, абсорбции упомянутых газообразных смесей абсорбентом в абсорбционных soHclx в которых поддерживается такое же давление, что и в соответствующих разделительных .зонах, и возврата полученного продукта абсорбции на стадию синтеза мочевинй(1).

Недостатком способа является то, что для поддержания температуры

60-120 С в верхней части ректифи- . кационной зоны газообразную смесь, отводимую из верхней части ректифика ционной зоны, необходимо подавать в обратный холодильник, в котором газообразная смесь охлаждается до температуры 50-100оС, s результате чего происходит конденсация в нем водяноrî пара, причем сконденсированную влагу возвращают в верхнюю часть ректификационной зоны. Таким образом, тепловая энергия, отводимая при конденсации в обратном холодильнике, является потерянной, что,обуславливает увеличение количества тепла, необходимого для нагревания в зоне разделения.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса.

810078

Поставленная цель достигается тем, что способ выделения непрореагировавших аммиака и углекислого газа из продуктов синтеза мочевины иэ углекислого газа и аммиака, при повышенных температурах и давлении, содержащих мочевину, избыток аммиака, карбамат аммония и воду, путем обработки указанных продуктов синтеза мочевины на двух последовательных ! стадиях разделения, включающих стадию высокого давления (10-170 атм) и стадию низкого давления (1-.5 атм), с выделением из продуктов синтеза на каждой стадии разделения газообразных смесей, каждая из которых содержит аммиак, углекислый газ и водяной пар, причем часть разделитель-. ной зоны на стадии низкого давления приходится на долю ректификационной эоны, состоящей иэ верхней части с температурой 60-120 С и нижней части с температурой 100-140 С, абсорбции каждой из упомянутой газообразных смесей абсорбентом в абсорбционной зонах, в которых поддерживается такое же давление, что и в соответствующих разделительных зонах, и возвратом полученного продукта абсорбции на стадию синтеза мочевины, продукты синтеза мочевины, отводимые со стадии разделения высокого давления, предварительно охлаждают до температуры 105-170 С продуктами синтеза мочевины из нижней части ректификационной зоны стадии низкого давления, снижают давление охлажденных продуктов синтеза мочевины до давления 1-5 атм и вводят их в верхнюю часть ректификационной зоны стадии низкого давления.

Обычно процесс разделения на стадии низкого давления ведут при давлении 1,5-3 атм.

На фиг, 1 представлена технологическая схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — то же, вариант обработки отгонкой с углекислым газом.

Сущность способà заключается в следующем.

Продукты синтеза мочевины (фиг.1), основная часть которых приходится на долю непрореагировавших аммиака и углекислого газа, разделяют на разделительной стадии высокого давления и отводят из нижней части разделительной зоны высокого давления или дистилляционной колонны высокого давления (не показана) при манометриЧеском давлении 10-170 кг/см и температуре 140-200ОС, после чего их по линии 1 направляют в теплодбменник 2. Здесь продукты синтеза иочевины обмениваются теплом с теми продуктами синтеза моченины, которые фтнодят иэ.нижней части ректификационной зоны 3, н результате чего оии охлажлаются до 105-170 С, предпочтительно 120-150"С. Охлажденные таким образом продукты синтеза мочевины подают по линии 4 через дроссельный клапан 5, в котором их манометрическое давление падает до

1-5 кг/см, предпочтительно 1,53,0 кг/см, и направляют по линии

6 в верхнюю часть дистилляционной колонки 7 для отпарки легколетучей фракции. Посредством адиабатического расширения продукты синтеза мочевины, которые. подают в верхнюю часть ректификационной эоны 3, охлаждают до 60-120 С. Продукты синтеза мочевины, из которых в верхней части ректи-.

15 фикационной зоны 3 выделена газообразная смесь непрореагировавших аммиака, углекислого газа и водяного пара, стекают вниз через ректификационную зону в ее нижнюю часть. Часть продуктов синтеза мочевины отводят из нижней части ректификационной зоны .

3 по линии 8 и направляют в теплообменник 2, в котором эта часть нагревается эа счет теплообмена с продуктами синтеза мочевины, отводимыми

25 из разделительной зоны высокого давления. В результате температура нагретых продуктов синтеза мочевины приближается к 100-140 С, предпочти,тельно 115-135 С, после чего их воз-. щ вращают в нижнюю часть ректификационной зоны 3 по линии 9 ° Далее часть продуктов синтеза мочевины, которые отводят по линии 8, вводят по линии

10 в кипятильник 11, в котором она аналогичным образом нагревается до

115-135ОС, посредством водяного пара, подаваемого по линии 12. Нагретые таким образом продукты синтеза мочевины также возвращают в нижнюю часть ректификационной эоны 3 по

4О линиям 13 и 9. Продукты синтеза мочевины, которые возвращают из нижней части ректификационной зоны 3 через теплообменник 2 и кипятильник 11, можно пропускать через них по парал45 лельной системе (фиг. 1).

В том случае, когда теплообменник и кипятильник размещаются последовательно, продукты синтеза мочевины, отводимые из нижней части ректйфика5у ционной зоны 3, нагревают в теплообменнике 2 и кипятильнике 11, большая часть непрореагировавших аммиака и углекислого газа, которая остается в продуктах синтеза мочевины, отделяется в форме газообразной смеси, после чего ее возвращают в нижнюю часть ректификационной зоны 3 совместно с продуктами синтеза мочевины. Газообразная смесь далее отделяется от продуктов синтеза мочевины и подни60 мается через ректификационную зону 3 с одновременной конденсацией части водяного пара, содержащегося в газообразной смеси. Смешанный гаэ с пониженным содержанием воды отводится иэ

65 верхней части ректификациоипой зоны

810078 синтеза мочевины, что приводит к повышению выхода мочевины в зоне ее синтеза.

Пример 1. Продукты синтеза мочевины, которые отводят из нижней части дистилляционной колонны высо-— кого давления, где поддерживают .манометрическое давление 19 кг/см при о температуре в нижней части 180 С, с расходом компонентов: 130 кг/ч моче-, вины, 107 кг/ч аммиака, 28 кг/ч углекислого газа и 447 кг/ч воды, подвергают отпарке в исходном виде в адиабатических условиях в верхней части дистилляционной колонны ниэкого давления при манометрическом давлении 2,7 кг/см2 в соответствии с известной технологией. В результате из продуктов синтеза мочевины выделяют .газообразную смесь, которая включает в себя 73,8 кг/ч мочевины, 25,4 кг/ч углекислого газа и 53,7кг/ч воды, с температурой 120 С. В результате такой отпарки легкокипящих фракций иэ продуктов синтеза мочевины получают смесь, содержащую в пересчете на расход потока: 130 кг/ч мочевины, 33,2 кг/ч аммиака, 2,6 кг/ч углекислого газа и 393,3 кг/ч воды.

После этого продукты синтеза мочевины подвергают дальнейшей перегонке в дистилляционной колонне, которая оборудована шестью тарелками. Конечный раствор, отводимый из нижней части колонны, подвергают нагреванию до 130ОС посредством кипятильника.

Продукты синтеза мочевины, которые отводят из нижней части дистилляционной колонны, содержат в пересчете на расход потока 2,0 кг/ч остаточного аммиака и 1,5 кг/ч остаточного углекислого газа. Смешанный газ, отводимый из верхней части дистилляционной колонны, т.е. сочетание легколетучего отпаренного газа с газом, вьщеленным перегонкой содержит в пересчете на расход потока 105 кг/ч аммиака, 26,5 кг/ч углекислого газа и 76,4 кг/ч воды. Расход водяного пара в кипятильнике составляет

88 кг/ч при манометричецком давле L нии 5 кг/см

Затем продукты синтеза мочевины, которые отводят из нижней части дистилляционной колонны высокого давле.ния подвергают обработке беэ сниже3 по линии 14 совместно с газообразной смесью, выделившейся эа счет упо.мянутой отпарки из продуктов синтеза мочевины, а затем его направляют в абсорбционную зону низкого давления (не показана).

В том случае, когда продукты синтеза мочевины желательно отгонять в нижней части ректификационной зоны

3 посредством углекислого газа, продукты синтеза мочевины далее направ1ляют в отгоночную зону 15, которая выполнена в виде. насадочной колонны, причем в нижней части последней предусмотрено наличие дистилляционной колонны (фиг. 2). Продукты синтеза мочевины опускаются через отгоноч- 15 ную зону 15 по принципу противотока относительно потока углекислого газа, который вводят по питающей трубке

16, предусмотренной в нижней части отгоночной зоны, благодаря чему из 20 продуктов синтеза мочевины выделяется практически все остаточное количество непрореагировавших аммиака и углекислого газа. Разделенные таким образом продукты синтеза мочевины отводят из нижней части дистилляционной колонки 7 по линии 17 и направляют на последующую стадию концентрирования. Газообраз ая смесь, которая содержит углекислый гаэ, вводимый в отгоночную з-.ну 15, и аммиак отводится из отг..очной эоны

15 и направляется в ниж юю часть ректификационной зоны 7 для смешения в ней с газообразной смесью, 35 которая отделяется в кипятильнике и теплообменнике. Конечная газообразная смесь поднимается через ректификационную зону 3 и отводится из ее верхней части по линии 14.

Преимуществами предлагаемого спо- 40 соба является то, что в верхней части ректификационной зоны температуру можно поддерживать в приемлемом интервале. Тепло, отводимое посредством т плообменника, можно использовать в качестве части источника тепла для нагрева нижней части ректифи.— кационной зоны, т.е. при этом производят перенос тепла продуктов синтеза мочевины, отводимых из разде- о лительной зоны высокого давления, из верхней части низкотемпературной ректификационной эоны в нижнюю. часть ректификационной зоны, где поддерживается повышенная температура, за счет использования расширения.про55 дуктов синтеза мочевины с высоким давлением. Таким образом, тепло горячих продуктов синтеза мочевины можно эффективно использовать в качестве источника нагрева для ректифика- gp ции. Это позволяет уменьшить количестно водяного пара, которое требуется для ректификации продуктов синтеза мочевины на стадии разложения при низком давлении. Более того, при 65 этом не требуется ни холодильник для конденсации водяного пара в газообразной смеси, отводимой иэ верхней части ректификационной колонны, ни вода для охлаждения такого холодильника. Кроме того, температуру в верхней части ректификационной зоны поддерживают на таком низком уровне, что содержание влаги в газообразной смеси непрореагировавших продуктов, выделенных из ректификационной зоны, при этом снижается. Снижается также количество воды, возвращаемой в зону

810078 ния давления, т.е. указанные продукты синтеза мочевины пропускают по трубкам многотрубчатого теплообменника с целью осуществления теплообмена с.продуктами синтеза мочевины, которые отводят из дистилляционной колонны низкого давления и пропускают через корпус теплообменника. В .результате продукты синтеза мочевины высокого давления, которые отводят из теплообменника, охлаждаются до

150 С. Затем их подвергают отпарке в верхней части дистилляционной колонны низкого давления, в которой манометрическое давление составляет

2,7 кг/см, в результате чего из них выделяют-смешанный газ, содержащий в 15 пересчете на расход потока 56,3 кг/ч аммиака, 16,5 кг/ч углекислого газа и 28,3 кг/ч воды, а температура снижается до 110ОС. Продукты синтеза мочевины, которые отводят после от-.: Щ парки, содержат в пересчете на расход потока: 130 кг/ч мочевины, 50,7 кг/ч аммиака, 11,5 кг/ч углекислого газа и 418,7 кг/ч воды. Количество испарившейся воды при отпарке снижается почти вдвое по сравнению с тем количеством, которое было выпарено при осуществлении известного способа, за счет снижения температуры продуктов синтеза мочевины на ЗООС перед снижением даВления посредством теплообмена. Раствор, полученный после отпарки, подверга-. ют перегонке в дистилляционной колонне, а конечный раствор, отведенный из нижней части колонны, подвергают нагреванию посредством вышеупомянуто го кипятильника и указанного теплообменника, что позволяет поддерживать его температуру на уровне 130 С. Таким образом только 2,3 кг/ч аммиака 4Q и 1,7 кг/ч углекислого газа в пересчете на расход потока остается в продуктах синтеза мочевины, отводимых из нижней части дистилляционной колонны, тогда как смешанный газ, отводимый из верхней части дистилляционной зоны содержит в пересчете не расход потока 104,7 кг/ч аммиака, 26,3- кг/ч углекислого газа и 52;8 кг/ч воды.

Пример 2. Продукты синтеза мочевины, которые отводят из дистилляционной колонны по примеру 1, подвергают дальнейшей обработке в отгоночной зоне, наличие которой предусмотрено ниже дистилляционной колонны,ээ непосредственно соединенной с этой зоной, причем в последней предусматривается слой насадки высотой 5 м.

В нижнюю часть отгоночной эоны вводят 33 кг/ч углекислого газа для щ отгонки легкокипящей фракции. Полученный смешанный.газ проходит через отгоночную зону, а также через ректификационную зону, после чего его отводят иэ верхней части дистилля- д5 ционной колонны совместно с отпарен-, ным газом и газом, который отделяется в результате перегонки.

В том случае, когда известный способ сочетают с предлагаемым способом отгонки, газ, отводимый из верхней части дистилляционной колонны, содержит в пересчете на расход потока

106,0 кг/ч аммиака, 60,0 кг/ч углекислого газа и 86,4 кг/ч воды, а продукты синтеза мочевины, отводимые из .нижней части насадочной колон ны, содержат аммиак и углекислый газ, причем каждый из этих продуктов содержится в количестве 1,0 кг/ч в пересчете на расход потока.

При обработке продуктов синтеза мочевины предлагаемым способом в сочетании с известной отгонкой, газ, который отводят из верхней части дистилляционной колонны, содержит в пересчете на расход потока

105,8 кг/ч аммиака, 59,8 кг/ч углекислого газа и 59,3 кг/ч воды. Температура в нижней части насадочной колонны 125 С, а продукты синтеза мочевины, которые отводят из нижней части насадочной колонны содержат по 1,2 кг/ч:в пересчете на расход потоков аммиака и углекислого газа.

Аналогично примеру 1 количество выпаренной воды снижается приблизительно на 70% по сравнению с тем количеством, которое выпаривается при осуществлении известного способа. формула изобретения

1. Способ выделения непрореагировавших аммиака и углекислого газа из продуктов,синтеза мочевины из углекислого газа и аммиака, при повышенных температурах и давлении, содержащих мочевину, избыток аммиака, карбамат аммония и воду, путем обработки укаэанных продуктов синтеза мочевины на двух последовательных стадиях разделения, включающих стадию высокого давления (10-170 атм) и стадию низкого давления (1-5 атм) с выделением из продуктов синтеза на каждой стадии разделения газообразных смесей, каждая иэ которых содержит аммиак, углекислый .гаэ и водяной пар, причем часть разделительной зоны на стадии низкого давления приходится на долю ректификационной зоны, состо» ящей из верхней части с температурой

60-120 С и нижней части с температурой 100-140 С, абсорбции каждой из упомянутой газообразных смесей абсорбвнтом в абсорбционных зонах, в которых поддерживается такое же давление, что и в соответствующих разделительных зонах, и возвратом полученного продукта абсорбции на стадию. синтеза мочевины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повью ения эф810078

Составитель О. Оксинойд

Редактор Е, дичинская техред H.граб, Корректор О. Билак

Заказ 477/84 Тираж 454 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектйая, 4 фективности процесса, продукты синтеза мочевины, отводимые со стадии разделения высокого давления, предварительно охлаждают до температуры 105170 С продуктами синтеза мочевины из д нижней части ректификационной зоны стадии низкого давления, снижают давление охлажденных продуктов синте:за.мочевины до давления 1-5 атм и вводят их в верхнюю часть ректифи-. кационной эоны стадии низкого давления.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что процесс разделения на стадии низкого давления ведут при давлении 1,5-3 атм.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3725210, 10 кл С 07- С i.27/04 опублик. 1969 (прототип):