Способ получения мочевины

 

Изобретение касается производ ства мочевины, используемой как удобрение в сельском хозяйстве. Процесс ведут из NHj и COj при соотношении (4,5-5):1 ,при рабочем давлении 145-200 ат и температуре 184-190 С в присутствии раствора карбоната при молярном соотноношении и СО 0,,5 в одном реакторе. Полученный мочевиносодержащий раствор с избытком NH обрабатьтают в адиабатических условиях 3,8-10,6%-ной свежей COj (от ее общего количества) в течение 3-8 с возвратом от;огнанного NHj в зону синтеза. Далее раствор направляют в зону разложения карбоната на контактирование с оставшейся частью свежей СО. Целесообразно обработку мочевиносодержащего раствора из зоны синтеза вести частью потока свежей COj в смесителе типа Вентури, в котором поток 002 пропускают в прямотоке с раствором мочевины. Эти условия позволяют снизить расход пара высокого давления с 474 до 150- 190 кг. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. I О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК

Ш 4 С 07 С 126/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГПФ (21) 3898059/23-04 (22) 17.05.85 (31) 2477/84 (32) 19.05.84 (33) СН (46) 15,08 ° 88. Бюл. у 30 (71) Аммониа Казале С.А. (СН) (72) Умберто Царди (II) (53) 547.495.2.07(088.8) (56) Doayeweerd, Messen Nitrogen

Issue 1983, У 143. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОЧЕВИНЫ (57) Изобретение касается производства мочевины, используемой как удобрение в сельском хозяйстве. Процесс ведут из NH и СО (при соотношении (4,5-5):i),при рабочем давлении

145-200 ат и температуре 184-190 С

„„80„„1417794 А 5 в присутствии раствора карбоната при молярном соотноношении Н О и СО

0,4-0,5 в одном реакторе. Полученный мочевиносодержащий раствор с избытком NH> обрабатывают в адиабатических условиях 3,8-10,67-ной свежей СО (от ее общего количества). в течение 3-8 с возвратом отогнанного

NH в зону синтеза. Далее раствор направляют в зону разложения карбоната на контактирование с оставшейся частью свежей СО . Целесообразно обработку мочевиносодержащего раствора из зоны синтеза вести частью потока свежей СО в смесителе типа Вентури, в котором поток СО пропускают в прямотоке с раствором мочевины. Эти условия позволяют снизить расход пара высокого давления с 474 до 150190 кг. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1417794

Изобретение относится к синтезу мочевины, в частности к способу получения мочевины, которую используют в производстве азотных удобрений.

Целью изобретения является снижение расхода пара высокого давления.

На фиг.1-4 показаны варианты осуществления способа.

Раствор мочевины, полученный в реакторе R с высокой степенью конверсии и содержащий аммиак, количество которого превышает стехиометрическое, обрабатывают на адиабатической стадии S, где основную часть из- 15 быточного количества аммиака удаляют путем тесного контакта раствора мочевины с небольшим количеством свежей двуокиси углерода, подаваемой на стадию S по трубопроводу I (см.фиг. 1). 20

По трубопроводу 2 подают раствор мочевины из реактора R обычной конструкции на стадию S а прямой рецикл отделенного избыточного аммиака со стадии S осуществляют по трубопроводу 3 в реактор. Затем раствор мочевины с минимальным содержанием избыточного аммиака со стадии S подают по трубопроводу 4 в секцию ST отгонки легких фракций известной конструк-30 ции, где карбамат удаляют с максимальной эффективностью в обменнике пленочного типа в противопотоке со свежей двуокисью углерода, применяемой как агент отпаривания и вводимой по трубопроводу 5.

Пары (главным образом NH3 и СО в результате разложения карбамата) из парной секции ST подают по трубопроводу 6 в конденсатор для карба- 40 мата СС, из которого по трубопроводу,7 удаляют выделяемое тепло для образования пара, используемого на стадиях обычной обработки раствора мочевины, 45

В конденсатор для карбамата СС поступает также раствор карбамата по трубопроводу 8 и инертные газы,которые удаляются из реактора К по трубопроводу 9. Зти инертные газы после удаления в конденсаторе для карбамата СС остаточных NH> и СО, удаляют из системы. Аммиак из трубопровода 10 частично подают по трубопроводу 11 в реактор после предварительного нагрева в нагревателе Р для установления равновесия тепла в реакторе и частично — в конденсатор для карбамата СС (по трубопроводу 12). По трубопроводу 13 подают свежую двуокись углерода, основную часть которой направляют в парную секцию ST. по трубопроводу 5, а меньшую часть подают на стадию S по трубопроводу 1.

Раствор мочевины после обработки в парной секции ($Т) с оптимальным остаточным содержанием карбамата передают по трубопроводу 14 на стадии обычной обработки для получения требуемого конечного продукта мочевины.

Раствор карбамата из конденсатора для карбамата СС рециркулирует в реактор под действием силы тяжести по трубопроводу 15.

Непродолжительное контактирование (несколько секунд) раствора мочевины с избыточным содержанием аммиака и введенной свежей двуокиси углерода на стадии S адиабатического отделения аммиака является критическим.

Согласно фиг.1 слой соответствующего промотора L передачи массы расположен в отдельной емкости Е, верхняя часть которого Т действует как сепаратор для сбора выделяемого аммиака. D — - распределитель жидкости, Согласно фиг.2 стадия удаления аммиака S осуществляется в нижней части реактора R где слой 1 соответствующего промотора передачи массы расположен в пустом пространстве

ES днища реактора, согласно фиг.З стадия удаления аммиака также осуществляется в нижней части реактора R но в пустом пространстве ES уменьшенного диаметра„ где находится слой L соответствующего промотора передачи массы.

На фиг.4 показан предпочтительный вариант осуществления способа.

На стадии S адиабатического разделения аммиака тесный контакт между раствором мочевины с избыточным содержанием аммиака (поток 2) и введенной свежей двуокисью углерода (поток 1) достигается за очень короткий отрезок времени с очень высокой передачей массы в смесителе VM типа Вентури. Затем в сепараторе ES отделяют пары аммиака от раствора мочевины.

В приведенных ниже примерах описаны изобарные системы, в которых в секциях для отгоыки более низкое

14177

94

СО, Н О

44,208 (75,30) 0,750 (1,27) Температура 190 С давление, чем на стадии отделения аммиака.

Пример 1. Условия работы реак тора R: молярное отношение NH>(CO 4,5, молярное отношение Н О/СО 0,4, температура 188 С, давление 180 бар, степень конверсии (СО в мочевину)

74%.

Состав потоков, кг (%)

Поток 13 свежей СО 48,833/100 С

Поток 1 свежей СО на с тадию S отделения аммиака

Поток 8. Раствор карбамата иэ нижних секций:

CO

Н,О

16,000 (38,10)

17,250 (41,07)

8,750 (20,83) 4,375/100 С (9,5) 41,458/100 С

35,417/25 С

72,250 (40,19)

16,125 (8,97)

62,500 (34,77)

28,875 (16,07) пература 188 С

42,500 (97,42)

0,500 (1,14)

0,625 (1,44)

Температура 190 С

1,744/100 С (3,8) 45 Поток (5) свежей двуокиси углерода в секцию ST

Поток 10 свежего МН3

Поток (2) раствора

50 моче в ины из p ea K T op a R

СО, Мочевина

Н О

Поток 14 раствора. мочевины из секции ST:

НЗ

СО

Мочевина

Н О

44,084/100 С

35,417/25 С

16,000 (12,98)

17,250 (14,00)

62,500 (51,71)

27,500 (22,31)

Температура 175 С

72,250(40,19)

16,125(8,97)

62,500(34,77)

28,875(16,07)

Температура 188 С

Поток 6. Пары

NH + COg иэ. сек3 ции для отгонки легких, фракций

55

Поток 4 раствора мочевины со стадии S в секцию

13,750 (23 43) Поток 5 свежей СО в аппарате с отгонкой легких фракций ST

Поток 10 свежеNH

Поток 2 раствора мочевины из реактора:

NH

С02

Мочевина

Н,О

Тем

Поток 4 раствора мочевины со стадии

S в секции для отдельных легких фракций ЯТ:

29, 750 (21, 17)

СО 20,000 (14,24)

Мочевина., 62,500 (44,48)

Н20 28,250 (20,11)

Температура 191 С

Поток 3. Прямой рецикл аммиака в реактор R

СО

Н,О

Расход пара 190 кг под давлением

22 бар для 1000 кг мочевины.

В нижних секциях для удаления и

15 рецикла остаточных Ин и Coz содержа1 шихся в растворе мочевины, который выходит из СО -десорбера (секции для отгонки легких фракций), до конечной вакуумной концентрации раствора моче2р вины для получения готового продукта можно применять пар под давлением

6-7 бар, который образуется в конденсаторе для карбамата СС. При применении способа прямого восстановле25 ния тепла (система с многократным эффектом) дополнительный пар не будет образовываться в пределах батареи установки. Время контакта свежей двуокиси углерода с раствором синте30 за4 с.

Пример 2. Рабочие Условия для реактора К:молярное отношение

ЦН /CO@ 4,5, молярное отношение

Н О/СО 0,4, температура 188 С,дав35 ление 180 бар, скорость конверсии (СО в мочевину) 74%.

Состав потоков, кг (%):

Поток 13 свежей двуокиси углерода 45,833/! 00 С

40 Поток 1 свежей двуокиси углерода на стадию S сепарации аммиака

5 1417794 6

53,5 19(32,96) в секцию ST

17,669(10,88) Поток 10 свеже62,500(38,49) го NH3

28,687(17,67) 5 Поток 2 раствора

Температура 191 С мочевины из реактора:

ИНз

СО, 10 Мочевина

Н10

40,958/100"С

35, 41 7/25 С

NH9

СО

Мочевина

В О

Поток 3. Прямой рецикл аммиака в реактор

11Н 3.

СО, НО

81,062(42,86)

14,500(7,67)

62,500(33,05)

31,063(16,42)

Температура 190 С

18,731(9?,97)

0,200(1,05)

0,188(0,98)

Температура 190 С

Поток 4 раствора мочевины со ста15 дии $ в секцию

$Т:

NH

Мочевина

20 Н10

Поток 14 раствора мочевины из секции ST: Н3

СО

Мочевина

Н,О

16,000(12;98)

17,250(14,00)

62,500(50,71)

27,500(22,31) .Температура 175 С

29,750(21,03)

18,875(13,35)

62,500(44,19)

30,313(21,43)

Температура 192 С

Поток 3. Прямой рецикл аммиака в реактор R:

25 ЯН, СО

Н10

Поток 6 паров

NH + С01из секции ST:

1

НО

37,519 (45,09) 51,312(97,62)

0,500(0,95)

0,750(1,43)

Температура 191 С.

Поток 14 раствора

30 мочевины из секции ST:

ИН, СО, 20, 625 (15, 24)

72,500(16,63) Зб

НО

62,500(46,19

29,688(21,94)

Температура 165 С

44,508(53,49)

1,187(1,42), Температура 190 С

Поток 8 раствора карбамата из нижних секций:

МН, 16,000(38,10)

СО 17,250(41,07) но 8,750(20,83)

Время контакта потока. СО1 с раствором синтеза 5 с.

Пример 3 ° В сравнении с примером 2 рабочие условия изменены так, чтобы десорбционная секция ST рабо- ф0 тала в адиабатических условиях. В этом случае десорбционной секцией ST может быть устройство, отличное от трубчатого теплообменпика (например колонна с тарелками), но для уменьшения 45 времени нахождения оптимальным является трубчатое устройство пленочного типа.

Рабочие условия реактора К: малярное отношение NHg/СО 5, молярное б0 отношение Н10/С01 0,5, температура

190 С, давление 200 бар, скорость конверсии (СО1 в мочевину) 767, Состав потоков, кг (%):

Поток 13 свежей СО1 45,833/100 С

Поток 1 свежей СО1 на стадию S отделения аммиака 4,875/100 С(10,6)

Поток 5 свежей СО1

Поток 6 паров, МН Ф С01 из десорбционной секции ST

NH 9,.1 25 (1.9, 39)

СО, 37,333(79,29)

HО 0,625(1,33)

Расход пара для десорбционной секции ST нулевой. В секциях, расположенных в нижней части реактора (не показаны), для удаления и рецикла больших остатков Ин и СО,содержащихся в растворе мочевины, выходящем из

СО -десорбера, можно применять пар под давлением 7-8 бар, который образуется. в конденсаторе для карбамата, до окончательной концентрации в вакууме раствора мочевины для получения готового продукта, При примене" нии технологии прямого восстановления тепла (система многократного действия) уменьшенное количество пара

l 4l 7794

2, 112/100 С (4,6) Поток 5 свежей COz в секцию ST

Поток 10 свежего

Поток 2 раствора мочевины из реактора:

NH3

С02

Мочевина

Н10

43,721/100 С

35,417/25 С

56,000(31,55)

28,125(15,84)

62,500(35,21)

30,875(17,40)

Температура 185 С

Поток 4 раствора мочевины со стадии S в секцию

ST;

ИНЗ

С02

Мочевина

Н 0

44,250(25,44)

30,037(17,95)

62,500(37,34)

30,575(18,27)

Температура 185 С реПоток 3. Прямой цикл аммиака в реактор R:

NHg

СОт

НяО

11,750(95,92)

0,200(1,63)

0,300(2,75) 185 С

Температура

Поток 14 раствора мочевины из секции

ST. . ин

СО

Мочевина

Н20

9,133(8,22)

10,846(9,77)

62,500(56,28)

28,575(25,73) под давлением 8 бар, т.е. 150 кг на

1000 кг мочевины,передается от батареи установки. Время контакта C0z с раствором синтеза 8 с..

II р и м е р 4. Основан на способе десорбции двуокисью углерода (способе Стэмикарбон), который модифицирован согласно изобретению с модернизацией установки для осуществления способа Стэмикарбон с целью уменьшения расхода энергии.

Рабочие условия реактора R: молярное отношение NH3 /СО 3,2, молярное отношение Н О/СО 0,4, температура 184 С, давление 145 бар, степень конверсии (СО в мочевину) 627.

Состав потоков, кг (Ж):

Поток 13 свежей СО 45,833/100 С

Поток 1 свежей СО на стадию S отделения аммиака

Температура 170 С

Поток 6 паров

ИН + СО ции ST: 1Н 3 35, 117 (35, 10)

C0z 62,9l9(62,90)

Н 0 2,000(2,00)

Температура 185 С

Поток 8 раствора карбамата из нижних секцшЪ:

4Нз 9 l33(30 64)

СО, 10,846(36,39)

15 HzO 9,825(32,97)

Расход пара под давлением 22 бар в системе (десорбционная секция с применением СО ) уменьшен до 100 кг на 1000 кг мочевины при умеренных ка20 питальных вложениях в установку для стадии S отделения аммиака. Время контакта СО с раствором синтеза 7 с.

Пример 5. Изменение известных способов без десорбции с полным или

25 частичным рециклом (способы Монтедисон, Мицуи Тоацу и др.) для уменьшения расхода энергии. При применении стадии S для отделения аммиака и прямого рецикла аммиака для обработ-

30 ки раствора мочевины из реактора до первой стадии разложения, небольшое количество аммиака и, следовательно, воды рециркулирует в секции, расположенный в нижней части реактора, улучшая тем самым степень конверсии из реактора с уменьшенным испарением воды. По указанным причинам (высокая степень конверсии, уменьшенное количество рециркулированного карбамата

4О и испаряемой воды) может быть достигнуто сокращение расхода пара под давлением 8-15 бар от батарей до 300 кг на 1000 кг мочевины. Время контакта . с раствором синтеза 3 с, Пример 6. Модерниэация уста новок, в которых применяют спбсоб

Снэмпрогетти для NH> -десорбции, с целью уменьшения расхода энергии и сокращения расходов на обслуживание

50 и эксплуатацию.

Когда применяют стадию S для отделения и рецикла аммиака, осуществляемую вниз по течению от десорбционной секции, для удаления излишка

55 аммиака в потоке обработанного раствора мочевины (высокое содержание аммиака в растворе мочевины из реакто ра способствует отделению карбамата самодесорбцией NH> в десорбционной! 417794 секции), то небольшое количество аммиака должно рециркулировать в секции, расположенные вниз по течению.

Таким образом исключается применение ректификационной колонны для отделения и рецикла чистого аммиака с высокими затратами и высоким расходом энергии. Время контакта с раствором синтеза 8 с. 10

Предлагаемый способ позволяет снизить расход пара высокого давления до 150-190 кг.

Формула изобретения 15

1. Способ получения мочевины из аммиака и двуокиси углерода при их соотношении 4,5-5;1, рабочем давлении 145-200 ат и температуре 184-190 С20 в присутствии раствора карбамата при молярном соотношении Н О: СО =

= 0,4 - 0 5 в одном реакторе с получением мочевиносодержащего раствора, включающего избыток свободного аммиа- 25 ка, остаточное количество карбамата и мочевину, с удалением свободного аммиака и разложением карбамата путем отгонки противотоком свежей двуокиси углерода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, мочевиносодержащий раствор обрабатывают в адиабатических условиях 3,810,6Х-ной свежей двуокисью углерода от ее общего количества в течение

3-8 с с возвращением отогнанного аммиака в зону синтеза, а полученный при этом раствор направляют в зону разложения карбамата на контактирование с оставшейся частью свежей двуокиси углерода.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что обработку потока мочевиносодержащего раствора из зоны синтеза частью потока свежей двуокиси углерода осуществляют в смесителе типа Вентури, в котором поток свежей двуокиси углерода пропускают в прямотоке с раствором .мочевины.

1 «! 7794