Способ получения мочевины

 

Изобретение касается основного органического синтеза, в частности производства мочевины из аммиака и диоксида углерода (NHj + СО). Процесс ведут последовательно в двух зонах. В 1-й зоне мольное соот ношение NHj и СОг (3-3,2):1, темпера тура 180-182°С и давление 160 атм, во 2-й - (4-4,5):1, 190-196°С, 160- 185 атм, с получением плава, содержащего мочевину, карбамат аммония. воду, NHj и СОг. Этот плав подвергают двухступенчатой дистилляции с возвратом газовой фазы с 1 ступени в зону синтеза и жидкой фазы во II ступень дистилляции, причем дозирование потоков с двух ступеней ведут так, чтобы обеспечивались указанные соотношения реагентов и температуры в зонах синтеза. Кроме.того, одну часть газовой фазы II ступени (NHj + COi) или совместно с другой частью этой газовой фазы, или всю газовую фазу в этой ступени полностью конденсируют до получения парожидкостной смеси и возвращает в 1-ю зону синтеза. Газовую фазу I ступени диcтRпЛяции (Ш + СОг) возвращают непосредственно во 2-ю зону синтеза. Дистилляцию II ступени ведут в токе СО с получением газовой фазы и Ж1здкой фазы , содержащей мочевину. Эти условия позволяют снизить расход пара с 3179 до 1997-2055 кг/т мочевины, что снижает ее себестоимость. 4 ил., 4 табл. § сл 4 to сх

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А3..Я0„„142 (51)4 С 07 С 26 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К FlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3494195/23-04 (22) 20,09.82 (31) 24526 А/81 (32) 16.10.81 (33) IT (46) 30.09,88. Бюл. II 36 (71) Аммония Казале С.А. (СН) (72) Умберто Зарди (IT) (53) 547,495.2,07 (088.8) (56) Патент США N 4208347, кл. 260-555А, опублик..1978. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ (57) Изобретение касается основного органического синтеза, в частности производства мочевины иэ аммиака и диоксида углерода (NHq + СО ). Процесс ведут последовательно в двух зонах. В 1-й зоне мольное соотношение NH и СО = (3-3,2):1, темпера тура 180-182 С и давление 160 атм, во 2-й — (4-4,5):1, 190-196 С, 160185 атм, с получением плана, содержащего мочевину, карбамат аммония, воду, NHg и СО . Этот плав подвергают двухступенчатой дистилляции с возвратом газовой фазы с I ступени в зону синтеза и жидкой фазы во II ступень дистилляции, причем доэирование потоков с двух ступеней ведут так, чтобы обеспечивались указанные соотношения реагентов и температуры в зонах синтеза. Кроме. того, одну часть газовой фазы II ступени (МНз + СО ) или совместно с другой частью этой газовой фазы, или всю газовую фазу в этой ступени полностью конденсируют до получения парожидкостной смеси и возвращан1т в 1-ю зону синтеза. Газовую фазу I ступени дистилляции (NH + СОа) возвращают непосредственно во 2-ю зону синтеза. Листилляцию II ступени ведут в токе СОа с получением газовой фазы и жидкой фазы, содержащей мочевину. Эти условия позволяют снизить расход пара с 3179 до 1997-2055 кг/т мочевины, что снижает ее себестоимость. 4 ил., 4 табл.

1428191

Изобретение относится к аминосое. динениям, в частности к усовершенст-!

; вованному способу получения мочевины.

Целью изобретения является сниже5 ние расхода пара.

На фиг. 1-4 представлены технологические схемы осуществления предложенного способа.(буквой R обозначена вся зона синтеза — реакционная зона,,10 а буквы STR относятся ко всей зоне разделительной обработки потока, выходящего из R).

Вся реакционная зона R разделена на, по крайней мере, две реакционные 15 эоны: R», где проходит реакция между свежими реагентами N» (обозначающим поток свежего NHq) и С» (обозначаю. щим поток свежего СО ) и рециклизуе:мый поток (газ + жидкость) С» + L» 20

1 (или 1.» с С = О) при молярном отношении (NHz/СО )», давлении Р», температуре Т» и получают мочевину с конверсией Ц», Rz где завершается реакция синтеза потока S» из Р» с воз- 25 можным добавлением свежего сырья аммиака Nz и/или двуокиси углерода С при молярном отношении (NHq/COz)z, давлении Pz, температуре Т и с выходом Qz. Поток, вытекающий из вто- 3р рой реакционной эоны Р, подвергается далее количественной обработке

STP также в две стадии разложения карбамата и вьделения непрореагировавших соединений, состоящей из: стадии Е», где при заданном рабочем давлении Р и температуре Т (кроме времени пребывания) вьделяют некоторое количество газа G, основную массу его рециклизуют в виде потока G» непосредственно на вторую стадию реакции R> остальную часть Cz, если она есть, направляют по контуру R С» и/или непосредственно в первую зону R»;,стадии Ez, на которой поток Sz из первой зоны обработки Е» обрабатывают при давлении Р, температуре Т» предпочтительно в противотоке со свежей двуокисью углерода С для регенерации всех оставшихся непрореагировав-, ших материалов Сз, которые после частичной конденсации в Е» (работающей при давлении Р и температуре

Т». с возможным добавлением свежего аммиака N ) рециклизуют в виде смеси пар †жидкос С,» + L» в первую реак55

I ционную зону R». В другом варианте конденсации в Г может быть полной (Сд = О, рецикл РС, = L„) и часть

I паров Г з (4 С,) направляют непосредственно в первую реакционную зону

R». Потоки Я» из E z обычно затем обрабатывают в Е», где требуемый конечный продукт Sq выделяют, а раствор Lq рециклиэуют в конденсатор Е .

По предложенному способу можно достичь полностью изобаричной схемы, где Р» = Pz = Рз = Р4 — Р;, или предпочтительно неизобаричной схемы. Для неизобаричной схемы для преимуществ максимальной эффективности и гибкости К и Е» можно попдерживать при одном и том же давлении Р = Pz = P и Р», Е2 и Е» при одном и том же давлении P = Р» = Р» = P, причем P выше P . Поэтому высокое давление P поддерживают лишь в небольшой части установки, что значительно экономит расход энергии и стоимость установки.

В то же время при высоком давлении Р выбирают высокое значение отношения (NH /СО ) для достижения самых высоких выходов.

В соответствии с основными характерными особенностями изобретения, так как обработка по разложению и вьделению соединений, непрореагировавших в Е, и Е, является количественной, эту обработку контролируют таким образом, чтобы как на первой (Е,), так и на второй (Е ) стадии можно было непосредственно получать не газовые потоки (С) и (Ся), которые раздельно направляют во вторую и первую реакционные зоны, обеспечивая оптимальные отношения (NHq/COz)» и (NH>/СО ) и оптимальные тепловые балансы для достижения максимальных выходов и нужной реакционной температуры.

Пример 1. Неизобарический режим (фиг.2, табл, 1).

В первую реакционную зону К», работающую в режиме P» = 160 атм и Т»

182 С, подают 32,32 моль NHq (поток N») при 40 С и смесь жидкость пар Со + L», содержащую 20 моль COz, 30,68 моль NHq, 6 моль Н О при

174 С; молярное отношение (NHq/СОр)» равно 3,2 и конверсия на выходе »

СОг в мочевину составляет 60ã., Раствор мочевины S», поступающий во вторую реакционную зону Rz, состоит поэтому из 12 моль мочевины, 8 моль

СО, 40 моль МНз и 18 моль HzOÄ

1428191

Во вторую реакционную зону, работающую в режиме Р = 185 атм и Та

192 С, кроме раствора S< иэ первой зоны R<< подводимого, например, через насос Р» для преодоления разности давлений (от Р„ = 160 атм до Pc = — 185 атм), подают пары Ся при 196 С, содержащие 2,2 моль СОг и 36 моль

ИНз и 1 моль Н О, поступающие с первой стадии обработки Е,, также работающей при Р = 185 атм и Т = 196 С.

Во второй реакционной зоне Ra молярное отношение (NHs/COa)g составляет

4,5 и выход Qg. СО равен 757, Раствор мочевины Б, содержащий

16,66 моль мочевины, 5,54 моль СОа, 66,68 моль NH> и 23,66 моль Н О, поступает на первую стадию обработки

Е<, где при Ра = Р» = 185 атм и Т

196 С вьщеляют .2,2 моль СО, 36 моль NHq и 1 моль Н О, которые направляют непосредственно во вторую реакционную зону Р . Раствор Ба, со-держащий 16,66 моль. мочевины, 3, 34 моль COz 30,68 моль NHg u

22,66 моль Н О, подают на вторую стадию обработки Е, работающую при

P = Р< = 160 атм и Тя = 185 .С, где используя 16,66 моль COg в противотоке (обозначено С ), выделяют иэ раствора мочевины 1,84 моль СОг, 27,48 моль КНя и 2 моль НрО.

Газ, поступающий с Е и содержащий 18,5 моль СОг, 47,48 моль НН< и

2 моль НрО, поступает в конденсатор

Ез (конденсатор карбамата), в который также поступает раствор Бр

1,5 моль СО, 3.,2 моль NHq и 4 моль

HzO поступающие из системы конечной обработки Ея, где последние следы

СО и Н О, все еще содержащиеся в растворе Бя, сливаемом из Е, вьщеляют окончательно. Смешанную фазу (пары + раствор карбамата) СяХ + L< . при 160 атм и 175 С, образующуюся в конденсаторе Es, рециклизуют под действием сил тяжести в первую реакционную зону R<. Она содержит 20 моль

СО, 30,68 моль NHg и 6 моль Н О.

Изобарический режим (фиг. 3, табл. 2).

В первую реакционную зону R<, работающую при Ря = 160 атм и Т< = 180 С, подают 25,82 моль NHs (поток Н<) при

40 С и смесь жидкость — пар Ся + L<, содержащую 21 моль СОг, 37,18 моль

МНз и 6 моль НрО при 175 С; молярное отношение (NHp/COa)» составляет 3, вор L, состоящий иэ 1,5 моль СОй, 3,2 моль NHq и 4 моль Н О, сливаемый иэ системы конечной обработки Sg где окончательно выделяют последние

50 леды СОг и НгО, все еще остающиеся в растворе со стадии Е . Смешанную фазу (пары + раствор карбамата) Ся +

+ L< при 160 атм и 175 С, которая образуется на стадии Е, рециклизуют

В первую Реакционную зону Rh Она содержит 21 моль СОг, 37,18 моль NH, 6 моль Н О.. Все потоки циркулируют в изобарической системе под действи ем силы тяжести.

45 а конверсия О СОр в мочевину составляет 57Х. Раствор мочевины S<, который подают во вторую реакционную зону Rg, состоит, таким образом, иэ

12 моль мочевины, 9 моль COz, 39 моль

МН< и 18 моль HgO.

Во вторую реакционную зону Rg, работающую при P = P< = 160 атм и Т = — 190 С, подают, кроме раствора S< первой реакционной зоны R<, пары С< при 194 С, содержащие 2,8 моль СОа, 24,7 моль ННэ и 1 моль НрО, поступающие с первой стадии обработки Е, также работающей при Рз = Pa Р»

160 атм и при Тя = 194 С.

Во вторую реакционную зону Ra подают также 7,5 моль NHy (поток Ng) при 40 С, молярное отношение (NH>/

/COz)q составляет 4; конверсия СО

0г составляет 70, Раствор мочевины Sa содержащий

16,66 моль мочевины, 7,14 моль СОе, 61,88 моль NHq и 23,66 моль НрО, подают на первую стадию обработки Е<, где при Р = Pz. = 160 атм .и Та = 194 С выделяют поток С< причем этот поток содержит 2,8 моль СОр, 24,7 моль ННд и 1 моль Н О, подают непосредственно во вторую реакционную зону Rg.. Pacvвор Sq, содержащий 16,66 моль мочевины, 4,34 моль COz, 37 19 моль КНз и 22,66 моль Н О, подают на вторую стадию обработки F<., работающую при

Ря = Рз = Ря = 160 атм и Тя = 185 С, где, используя поток Ср, содержащий

16,66 моль СОг в противотоке, вьщеляют из раствора мочевины, 2,84 моль

СОг, 33,98 моль ИНз и 2 моль Н О.

Газ Сз, отходящий с Е в, состоящий иэ

19,50 моль СО, 33,98 моль ЯН3 и

2 моль HtO при Ря = Рь = Р<

160 атм и при Т = 190 С подают в конденсатор Е< (конденсатор карбамата), в который подают также раст5 14

Неизобарический режим (полная конденсация в конденсаторе) карбамата (фиг. 4, табл. 3).

Как в примере 1, однако с полной конденсацией части рециклизуемых паров, направляемых в первую реакционную зону Rg тогда как остальную часть рециклизуемых паров рециклизуют непосредственно в реактор.

В этом случае только раствор рециклиэуют,из конденсатора Еь в реак" тор, беэ паровой фазы L (С = О), а в конденсатор подают только лишь ( часть газа С, часть которого Гз подают непосредственно в реактор.

Общий паровой баланс (1 кг на 1 т мочевины) показан в табл. 4.

Как видно из табл. 4, предложенный способ позволяет снизить расход пара до 1997-2055 кг на 1 т мочевины против 3179 кг в известном способе.

Формула изобретения

Способ получения мочевины путем взаимодействия аммиака и диоксида углерода при повьш енных температуре и давлении, избытке аммиака в двух зонах синтеза,с получением плава, содержащего мочевину, карбамат аммония, воду, аммиак, диоксид углерода, который подвергают двухступенчатой дистилляции с возвратом газовой фазы первой ступени дистилляции в зо28191 6 ну синтеза и направлением жидкой Аазы первой ступени во вторую ступень дистилляции, которую проводят в токе диоксида углерода с получением газовой фазы, которую конденсируют и нанравляют в. зону синтеза, и жидкой фазы, содержащей мочевину, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

1р снижения расхода пара, взаимодействие аммиака и диоксида углерода ведут последовательно в двух зонах— первой зоне при молярном соотношении (3-3,2):1, температуре 180-182 С и давлении 160 атм и во второй зоне при молярном соотношении (4-4,5):1, температуре 190-196 С и давлении . 160-185 атм путем дозирования потоков с двух ступеней дистилляции так, 2р чтобы обеспечить указанные соотноше- . ния реагентов и температуры в реакционных зонах, причем одну часть газовой фазы второй ступени дистилляции, содержащую аммиак и диоксид yr25 лерода, подвергают полной конденсации и направляют в первую реакционную зону вместе с другой частью этой газовой фазы нли всю газовую фазу этой ступени подвергают конденсации до получения парожидкостной смеси и затем направляют в .первую реакционную зону, а,газовую фазу первой ступени. дистилляции, содержащую аммиак и диоксид углерода, направляют непо35 средственно во вторую реакционну зону.

1428191

Таблица

ФидltOCtb

185

160 160

185

185

Р (атн) 160 160 160 185

Т (С) 40 182 190 182

192 196

185

196

130

16,66

3,34

f 5

1,S 16,66

2,2

5,54 соа

66,68 36

23,66 1

30,68 3,2

ЭЭ,32 40

3,2 и а

Извест" ный способ

Показатель

Пар высокого давления на турбину

1 20; 480 ФC

621 651

809

646

Пар среднего давления, извлеченный из турбины

438 445

550

440.

Полученный пар низкого давления 910

Пар низкого давления, расход на процесс

831

3179

Итого

Иочевнна .- 12

1 8 ° 5 8

27,48 40 2 18

16,66 f6,66 16,66

22,66 20,66 16,66

Таблица 4

Предложенный способ по примерам

1 2 3

452 468 472

486 491,5 493

1997 2055,5 2051

l 428) 9!! 4281 91

1428191

3ТР

Фиг. Ф

Составитель Н,Куликова

Редактор M.Áàíäóðà Техред А.Кравчук рр

Ко ректор M.Максимишинец

Тираж 370 Подписное

BIIHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Mockaa, Ж-35, Раушская наб., p. 4/5

Заказ 4869/58

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужг р д, У . p жго о л. Проектная, 4