Способ получения мочевины

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ из аммиака и двуокиси углерода в двух .соединенных последовательно зонах при повышенных температуре и давлении и средней линейной скорости движения реакционной смеси 0,02 0 ,3 м/с в первой зоне и температуре 1§0-200с и давлении 180-210 атм во второй зоне с последзпощей рециркуляцией непрореагировавших веществ, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, процесс в первой зоне осуществляют при давлении 210-460 атм, поддерживая температуру в начале первой зоны iSO-nO C, а на выходе из этой зоны 190-230°С. 1 С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(я) С 07 С 126/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3333923/23-04 (22) 19.08.81 (46) 15.09.84. Бюл. ¹ 34 (72) Д.М.Горловский, В.И:Кучерявый, Б.П.Мельников, С.M.Курносов и C.M.Ñèìoíîâ (53) 66 1.717.5.07 (088.8) (56) 1. Кучерявый В.И., Лебедев В.В.

Синтез и применение карбамида. Л., "Химия", 1970, с. 187-208.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2608603/23-04, кл. С 07 С 126/02, 1978 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫ из аммиака и двуокиси углерода в двух

„„SU,» 1113377 А.соединенных последовательно зонах при повышенных температуре и давлении и средней линейной скорости движения реакционной смеси 0,02

0,3 м/с в первой зоне и температуре 180-200 С и давлении 180-210 атм во второй зоне с последующей рециркуляцией непрореагировавших веществ, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, процесс в первой зоне осуществляют при давлении 210-460 атм, поддерживая температуру в начале первой зоны 160-170 С, а на выходе иэ этой эоны 190-230 С.

111337

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения мочевины из аммиака и двуокиси углеро- да.

Известен способ получения моченины путем синтеза ее нз аммиака и двуокиси углерода с полным жидкостным рециклом непрореагировавшего сырья в виде водного раствора углеанноннйных солей — УАС (11 .

Однако этот способ характеризуется сравнительно низкими значениями степени превращения С02 (Х) и удельной производительности реакционного объема (11), что обусловливает необ- 15 ходимость сооружения колонн синтеза с большим реакционным объемом и высокие энергозатраты на переработку непрореагировавшего сырья.

Наиболее близким к предлагаемому 20 по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода, согласно которому процесс осуществляют в двух соединенных по- 25 следовательно зонах с рециркуляцией непрореагировавших веществ, причем в первой зоне процесс ведут при температуре 160-220оС и давлении

140-420 атм, поддерживают продолжительность пребывания реакционной смеси 0,5-1IO мин и среднюю линейную скорость ее движения 0,02-0,30 м/с> а во второй зоне процесс ведут при температуре 160-420 С и давлении

140-420 ать 10-30 мин. Этот способ содержит технологические приемы, которые позволяют оптимизировать кинетические, гидродинамичеокие и термодинамические факторы и в ре- 40 зультате увеличить удельную производительность узла синтеза в 1,5—

3 раза с повышением степени превращения (2) .

Обеспечиваемая известным способом 45 удельная производительность узла синтеза ограничена и по своему уровню существенно ниже установленных лабораторными исследованиями максимальных значений П (не пРевышает по узлу синтеза 1100 кг/м ч).

На величину П большое влияние оказывают температура (4) и давление (P). В известном способе возможности интенсификации процесса 55 путем увеличения Р сверх обычно, принятого около 200 кгс/см2 лимитируются1во-первых, резким возраста7 2 нием (при повышении давления) сложности изготовления и стоимости имеющего наибольший объем и наиболее металлоемкого реактора для второй стадии процесса синтеза. Во-вторых, ограниченный уровень Р не позволяет интенсифицировать путем повьппения сверх 200-210 С процесс в первой зоне синтеза, от которой в основном зависит удельная производительность узла.

Цель изобретения — повьппение производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем; что согласно способу получения . мочевины иэ аммиака и двуокиси углерода в двух соединенных последовательно зонах при повышенных температуре и давлении и средней линейной скорости движения реакционной смеси

0,02-0,3 м/с в первой зоне и температуре 180-200 С и давлении 180 —, 210 атм во второй зоне с последующей рециркуляцией непрореагировавших веществ, процесс в первой зоне осуществляют при давлении 210-460 атм, поддерживая температуру в начале первой зоны 160-170 С, а на выходе о иэ этой зоны 190-230 С.

Если вести процесс при давлении, устанавливающемся самопроизвольно, без каких-либо внешних воздействий в статических условиях с перемешиванием реакционной смеси, т.е. сопряженным с температурой (1) процесса, то карбамат аммония иэ газообразных Н и СО образуется столь ин2 тенсивно, что скорость увеличения (Х) определяется в основном реакцией дегидратацни карбамата аммония, Образующиеся CO(NH2)2 и Н О вследствие высокого сродства к аммиаку существенно снижают летучесть NHg что способствует его конденсации. К тому же, собственная летучесть

C0(NH2) 2 и Н20 по сравнению с летучестью НН4СО2БН2 пренебрежимо мала. Поэтому с ростом Х и при

t=const величина Р резко падает.

Согласно изебретению в первой зоне синтеза предусматривается поддержание давления на уровне сопря-. женного с. температурой давления (или несколько выше) при повьппении температуры межцу началом процесса и выходом реакционной смеси из зоны от 160 до 230 С. Низкая температура в начале зоны позволяет с высокой

111337

Нижнее значение интервала температуры реакционной смеси на выходе 45 из первой зоны (!90 С) соответствует

0 минимальному значенчю 1, при котором после осуществления процесса образования карбамата аммония на начальном участке первой зоны при 50

160-170 С и подогрева реакционной смеси наблюдается высокая интенсивность синтеза мочевины (за 1 мин степень превращения СО достигает

40Х и выше). Верхнее значение (230 С) 55

0 установлено с учетом того, что вблизи критической температуры (235-245 С) равновесное значение Х интенсивностью осуществлять конден- .. сацию газообразного сырья с образованием NH4C02NH2 при сравнительно

1низком давлении, так как низкой Ф соответствует низкое сопряженное

Р . Далее с плавным ростом темпе- ратуры за счет подогрева реакционной смеси повышается глубина превращения NH4CO2NHg в мочевину (Х).

Одновременно увеличивающиеся и Х 10 оказывают противоположное воздействие на сопряженное Г, вследствие чего сопряженное давление с увеличением температуры изменяется мало. Наконец, максимально высокая температура (до 230 С) в конце зоны обеспечивает достижение высоких значений Х (40-60X) в минимально короткий срок и не вызывает резкого роста сопряженного давления. Пред- 20 лагаемый температурный режим процесса в первой зоне при поддержании сопряженного с температурой давления в этой зоне обеспечивают большое повышение интенсивности процесса при снижении требуемого в первой зоне давления. За счет снижения P упрощается. производство, снижаются энергетические и капитальные затраты. 30

Температуру в начале первой зоны целесообразно поддерживать 160

170 С, так как для интенсивной конденсации газообразного сырья при этой температуре требуется сравнительно. низкое сопряженное давление.

Более высокая температура нецелесообразна из-за существенного возраста-, ния сопряженного Р . Более низкая температура неприемлема, так как ста40 новится недопустимо малой скорость реакции дегидратации карбамата аммония, 7 4 резко уменьшается (в критической точке равновесное значение Х=О), т.е. резко снижается движущая сила процесса.

Согласно изобретению, температуру в начале первой зоны синтеза на уровне 160-170 С можно поддерживать о аВтотермически путем подбора соответствующих значений 1 исходньм реагентов перед подачей. в первый аппарат синтеза. Однако изобретение можно использовать и в случае, если теплосодержание исходных реагентов вышее, чем требуется для поддержания заданной температуры в начале первой зоны синтеза. При таких условиях температуру 160-170 С поддеро живают путем снятия избыточного тепла с помощью хладоагента (например паровым конденсатом с продуцированием пара давлением около 2 — 3 кгс/смР

Давление в первой зоне при выбранном температурном режиме устанавливают в соответствии с данными об упругости насьпщенного пара карбамата аммония и изменении давления при синтезе мочевины в зависимости от глубины протекания процесса. Давление во второй зоне синтеза поддерживают на обычном уровне например 190—

230 кгс/см, т. е. оно может совпадать с давлением первой зоны либо будет ниже последнего.

На чертеже изображена принципиальная схема получения мочевины.

Пример 1. В первую зону синтеза 1, реакционный объем которой

1, 95 м подают, кг/ч: аммиак (по1 ток 2) 40200; двуокись углерода (поток 3) 22900," рециркулируемый раствор углеаммонийных солей (поток 4) 29600, .в том числе NH 11800)

C0g 10800 мочевина 4300; вода

2700. Процесс ведут при давлении 460 кгс/см Температура реакционной смеси в начале первой зоны синтеза

170 С на выходе из зоны за счет доУ

О полнительного подогрева 230 С, средняя линейная скорость движения

0,17 м/с, время пребывания 1 мин.

При этих условиях в первой зоне степень превращения СО 60,5Х удельная производительность 14 100 кг/м ч.

Ф

Поток 5, выводимый из первой реакционной зоны 1 во вторую зону 6, содержит, кг/ч: NHq 36300; COZ

13300; CO(NHg)g 32000," Н О l1100 (всего 92700) . Параметры процесса

13377

ВНИИПИ Заказ 6522/19 Тираж 409 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

5 11 во второй зоне следующие: давление

f О

200 кгс/см2, температура 190 С, средняя линейная скорость движения реакционной смеси 0,02 м/с, время пребывания 8,3 мин. Объем реактора второй ступени 16,3 м. Из узла син—

9 теза выводят плав (поток 7), содержащий кг/ч: NH 34300у СО 10800,"

СО(ИН2)2 355001 Н20 12100. Степень конверсии СО2 68Е1 удельная производительность реакционного объема второй зоны 210 кг/м,ч, а узла син3 теза в целом — 1710 кг/м ч.

Пример 2. В первую зону синтеза 1, реакционный объект которой 1,95 м кг/ч: подают аммиак (поток 2) 40200, двуокись углерода (поток 3) 22900, рециркулируемый раствор углеаммонийных солей (по— ток 4) 29600 в том числе NH q 11800, СО2 10800; мочевина 4300, вода 2700. Процесс ведут при давлении 320 кгс/см. Температура реакционной смеси в начале первой зоны синтеза 165 С, на выходе из зоо ны за счет дополнительного подогрева 220 С, средняя линейная скорость о движения реакционной смеси О, 17 м/с, время пребывания 1 мин. При этих условиях степень превращения СО2

58,5X, удельная производительность

13700 кг/м ч.

Поток 5,,выводимый из первой реакционной зоны 1 во вторую 6, содержит,кг/ч: NHq 36800, С02 14000, СО(NH )2 31100, Н20 10800, (всего

92700 . Параметры процесса во второй зоне следующие: давление 200 кгс/см температура 190 С, средняя линейная скорость движения реакционной смеси 0 018 м/с, время пребывания

9 мин, Об".ем реактора второй ступени 17,7 м. Из узла синтеза выводят 3 плав (поток 7), который содержит, кг/ч: БН3 34300; С02 10800, C0(NH<)<

35500, Н20 12100. Степень превращения СО 68Х, удельная производительность реакпионного объема второй зоны 250 кг/M а узла синтеза в целом — 1590 кг/м.ч.

1О

Пример 3. В первую зону синтеза 1, реакционный объем которой

1,95 м, подак г кг/ч: аммиак (поток 2) 40200, двуокись углерода (поток 3) 22900,> рециркулируемый раствор углеаммонийных солей (поток 4) 29600> в том числе ЮН311800, СО 10800 мочевина 4300," вода

2700. Процесс ведут при давлении

210 кгс/см. Температура реакционной смеси в начале первой зоны синтеза

160 С, на выходе из зоны за счет а дополнительного подогрева 195 С, о средняя линейная скорость движения реакционной смеси 0,17 м/с, время пребывания 1 мин. При этих условиях степень превращения С02 45, 57, удельная производительность 10600 кг/м.ч.

Поток 5, выводимый из первой реакционной зоны 1 во вторую 6, содержит, кг/ч: NH3 39900; СО> 18000,"

C0(NHZ)2 25600, Н20 9200 всего

92700), Параметры процесса во второй зоне следующие, давление 210 кгс/см о температура 190 С, средняя линейная скорость гвижения реакционной смеси

0,017 м/с, время пребывания 13,8 мин.

Объем реактора второй ступени

25,9 м. Из узла синтеза выводят плав (поток 7),.в котором ИН3 34300,"

СО2 10800; СО(ИН2)2 35500; Н20 12100.

Степень превращения COg 68X удельная производительность реакционЯ ного объема второй зоны 380 кг/м ч а узла синтеза в целом — 1120 кг/м ч.

Пример 4. Аналогично примеру 3, однако скорость движения среды составляет 0,02 м/с (при этом диаметр аппарата в 2,9 раза больше).

П р и м .е р 5. Аналогично примеру 1, однако скорость движения среды составляет .0,3 м/с (при этом диаметр аппарата в 1,3 раза меньше) .

Пр едлага емый способ позволяет обеспечить высокую эффективность процесса в первой зоне и узле синтеза в целом, По сравнению с известным способом величина П увеличена почти в 2 раза.