Способ получения мочевины

 

Изобретение относится к амидосодержащим соединениям ,в частности, к получению мочевины, которая используется в производстве удобрений, полимеров. Цель - снижение расхода пара высокого давления. Получение мочевины ведут из аммиака и двуокиси углерода при молярном соотношении 3,2:1, температуре 183°С и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, который подвергают дальнейшей обработке. На первой из последующих стадий разложения устанавливают давление 18,5 атм и подводят тепло. Конденсацию газовых смесей ведут при 146-147°С, конденсат рециркулируют в находящуюся под указанным давлением зону синтеза. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН аю <и

C51) 4 С 07 С 126/02

ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н IlATEHTV (21) 4027931/23-04 (22) 08.08.86 (31) 85 02227 (32) 12. 08. 85 (33) NI. (46) 15.07.89. Бюл. Р 26 (71) Стамикарбон Б. В. (Лайсенсинг сабсидиари ов ЛСМ) (NL) (72) Йозеф Куберт Мессен и Рудольф

Сипкеиа (Я ) (53) 547 . 495. 2.07 (088. 8) (56) Furopean Chemi.eàl News Urea

Supplement.January, 17, 1969, р. 17-20.

Патент ClllA к 4354040, кл. 564-67, 1982 ° (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНИ (57) Изобретение относится к амндоИзобретение относится к способам получения мочевинь1 из аммиака и двуокиси углерода, которую используют в производстве удобрений, полимеров.

Цель изобретения — снижение расхода пара высокого давления.

На чертеже изображена схема полу-. чения мочевины.

На чертеже приняты обозначения:

1 — эона синтеза, 2 — зона отпаривания, 3 и .4 — первая и вторая зоны конденсации высокого давления, 5— зона абсорбции, 6 и 7 — устройства для разделения жидкостей и газов, 8 — зона контактирования жидкостей и газов, 9 — устройство для разделения жидкости и газа, 10 — тепло обменник, 11 - зона конденсации карсодержащим соединениям, в частности к получению мочевины, которая используется в производстве удобрений,полимеров ° Цель — снижение расхода пара высокого давления. Получение мочевины ведут иэ аммиака и двуокиси углерода при молярном соотношении

3,2: 1, температуре 183 С и давлении

139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, который подвергают дальнейшей обработке. На первой иэ последующих стадий разложения устанавливают давление 18,5 атм и подводят тепло ° Конденсацию гаэоо вых смесей ведут при 146-147 С, конденсат рециркулируют в находящуюся под укаэанным давлением зону синтеза. 1 ил. бамата, работающая под низким давлением, 12 и 13 — эоны нагрева для первой и второй стадий концентрирования, 14 и 15 — сопутствующие устройства для отделения водяных паров, образующихся при концентрировании, 16 — насос для карбамата, 17, 17а, 18 и 18a — снижающие давление клапаны.

Раствор синтеза мочевины, полученный в зоне 1 синтеза мочевины о под давлением 139 атм, при 183 С и молярном отношении NH /СО равном

3,2 и содержащий помимо мочевины и воды свободный аммиак и непревращенный карбамат аммония, подают по трубопроводу 19 в зону 2 отпаривания.

Противотоком раствору синтеза моче1494865 вины по трубопроводу 20 в зону 2 отпаривания пропускают двуокись углерода, сжатую с помощью компрессора (не показан) до давления эоны синтеза (для пассивации можно добавить воздух) . Зона 2 отпаривания может быть выполнена в виде вертикального теплообменника трубчатого типа. Тепло, необходимое для отпаривания, получают за счет конденсации пара высокого давления (18,5 атм) во внетрубной зоне теплообменника. Выделившуюся газовую смесь, содержащую помимо аммиака и двуокиси углерода равновесное количество водяного пара и необходимую для отпаривания двуокись углерода, направляют по трубопроводу 21 в первую зону 3 конденсации (горизонтальный конденсатор с погруженными трубами) и частично конденсируют в раствор карбамата. По трубопроводу 24 в первую зону 3 конденсации подают разбавленный раствор карбамата, полученный в результате абсорбирования аммиака и двуокиси углерода из инертных газов, отводимых по трубопроводу 25 из зоны 1 синтеза. Тепло, выделяющееся в ходе образования разбавленного раст30 вора карбамата, используют для предварительного подогрева поступающего по трубопроводу 26 жидкого аммиака.

В этом случае может быть установлен теплообменник 27, в который через цепь 28 может быть передано тепло, выделившееся в зоне 5 абсорбции.

Время пребывания реакционной смеси в первой зоне 3 конденсации выбирают таким, чтобы в этой зоне из карбамата образовалось по меньшей мере

30Х мочевины в пересчете на равновесное количество мочевины, способное образоваться в превалирующих условиях (например, 20 мас.7). Тепло, вьделившееся в первой зоне 3 конденсации, может быть использовано для разложения дополнительных количеств карбамата, все еще присутствующего в отпаренном растворе синтеза мочевины. В этом случае с по- 50 мощью снижающего давление клапана

17 на раствор, отводимый по трубопроводу 29 из эоны 2 отпаривания, взаимодействуют давлением (примерно

29,5 атм), полученную смесь вводят 55 б в сепаратор 6 для разделения жид° кости и газа. Образовавшуюся в результате жидкую фазу в виде водного рас rвopа мочевины, содержащего также биурет, аммиак и двуокись углерода, отводят по трубопроводу

30, а газовую фазу в виде смеси, содержащей аммиак, двуокись углерода и пары воды — по трубопроводу

31. Жидкую фазу, выделенную иэ сепаратора 6 по трубопроводу 30, подают через снижающий давление клапан 17а на теплообмен с раствором карбамата, полученным в первой зоне

3 конденсации, при этом давление равно или ниже, чем давление в момент снижения давления для того, чтобы разложить дополнительные количества карбамата, присутствующего в отпаренном растворе синтеза мочевины со сниженным давлснием, на аммиак и двуокись углеродa. Также можно отво,.ить тепло, выделяющееся в первой зоне конценсации, с помощью других потоков процесса или воды, которую в результате превращают в пар низкого давления. Несконденсировавшуюся часть газовой смеси подают в первую зону 3 конденсации.

Из первой зоны конденсации отводят образовавшийся в этой зоне раствор карбамата, который подают во вторую зо у конденсации высокого давления

В этой зоне происходит дальнейшая конденсация подаваемой газовой смеси в раствор карбамата. Выделяющееся при этом тепло отводя г с помощью воды, которая в результате превращается в пар низкого давления (4

9 атм) . Полученный го второй зоне

4 коьденсац."и высокого давления раство1 карбамата и несконденсировавшуюся часть подаваемой газовой смеси (в с:".учае на ччия таковой), содержащей аммиак, двуокись углерода и пары воды. пропускают по трубопроводу 32 в зону 1 синтеза. — Смесь жидкости с газом, которую получают в результате теплообмена в перьой зоне 3 к,сенсации высокого давления и отводят пэ трубопроводу

33, поступает в сепаратор 7 для разделения жидкости и газа, из которого по трубопроводу 34 отводят газовую фазу, представляющую собой газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды, а по трубопроводу 35 — жидкую фазу, представляющую собой содержащий карбама1 раствор мочевины, Полученную жидкую фазу подают по трубопроводу 35

94865 6

10

5 14 в зону 8 контакта, в которой она контактирует с газовой фазой, отводимой по трубопроводу 3 1 иэ сепаратора 6. Избыток аммиака в жидкой фа эе удаляют с помощью обогащенной двуокисью углерода газовой смеси, так что поступающая по трубопроводу 36 из эоны контакта жидкая фаза в относительно меньшей степени обогащена аммиаком. Отводимый иэ зоны 8 контакта раствор мочевины, все еще содержащий карбамат, подают по трубопроводу 36 через клапан 18, снижающий давление до 5 атм, в сепаратор

9, из которого по трубопроводу 37 отводят раствор мочевины. Все еще присутствующий в этом растворе карбамат разлагают в теплообменнике 10, который нагревают паром низкого давления, после чего раствор мочевины подают по трубопроводу 38 и через клапан 18а для снижения давления в зону 12 нагрева первой стадии концентрирования ° Зона 12 нагрева может быть выполнена в виде вертикального трубчатого теплообменника. Предназначенный для концентрирования раствор мочевины подают по трубам.

Газовую фазу, полученную в сепараторе 9 и представляющую собой гаэовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды, объединяют с газовой смесью, содержащей аммиак, двуокись углерода и пары воды, полученной в теплообменнике 1О и отведенной по трубопроводу 39, после чего объединенную газовую смесь при молярном отношении

Н3/СО равном например, 4, 1 пропускают по трубопроводу 40 в зону 11 конденсации низкого давления и конденсируют в этой зоне с водным раствором, например, конденсатом обработки, подаваемым по трубопроводу 41.

Полученный в зоне 11 конденсации низкого давления раствор карбамата пропускают по трубопроводу 42 во внетрубную зону эоны 12 нагрева. Кроме того, в нее же по трубопроводу 43 подают газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды и полученную объединением потоков 34 и 44. В теплообменнике 12 конденсируемые газовые смеси направлены противотоком к испаряемому раствору мочевины.

В ходе конденсации подаваемой по трубопроводу 38 газовой смеси с помощью раствора карбамата, подаваемого по трубопроводу 42, выделяется тепло в количестве, достаточном для удовлетворения тепловых затрат на первой стадии концентрирования, на которой раствор мочевины, содержащий 70-75 мас.l мочевины, концентрируют до содержания мочевины 85

95 мас.X. Раствор карбамата, образующийся при конденсации газовой смеси во внетрубной зоне теплообменника 12 первой стадии концентрирования, отводят по трубопроводу

45, с помощью насоса 16 сжимают до давления эоны синтеза и по трубопроводу 46 пропускают в зону 5 абсорбции. Пары воды концентрированного раствора мочевины и пары воды, отводимые по трубопроводу 47 с первой стадии концентрирования, отделяют в сепараторе 14 и отводят по трубопроводу 48, концентрированный раствор мочевины пропускают по трубопроводу 49 в зону 13 нагрева второй стадии концентрирования 33.

Смесь не содержащего воду расплава мочевины и образовавшихся при этом паров воды пропускают по трубопроводу 50 в сепаратор 15 для отделения воды, из которого пары воды отводят по трубопроводу 51, а по трубопроводу 52 отводят расплав мочевины, не содержащий воды.

Пример. Иочевину получают в три стадии разложения на установке производительностью 1000 т в день. Давление в находящейся под высоким давлением части установки

139 атм после снижения давления с помощью понижающего давление клапана 18,5 атм, на второй стадии разложения после понижающего давление клапана 17а 18,5 бар и на последней стадии разложения 5 атм. В зону 3 конденсации высокого давления подают 236 11 кг NH» нагретый до 40 С, и 31402 кг раствора карбамата при

117 С, содержащего 13598 кг СО, 11727 кг NH> и 6077 кг Н О. Температура в зоне 1 реакции 183 С, молярное отношение NH>/00 составляет

3,2. В зону 2 отпаривания подают

118548 кг раствора синтеза мочевины, который отпаривают с помощью

305566 кг СО при одновременной подаче тепла. Йз зоны 2 отпаривания отводят раствор, содержащий 41876 кг мочевины, 13445 кг СО, 11608 кг

1494865

%1 и 1864 кг Н О, и газовую смесь содержащую 36005 кг СО, 25990 кг

NH> и 1540 кг }l О. Затем давление на отпаренный раствор синтеза мочевины снижают до 29,5 атм. В результате в сепараторе 6 для разделения жидкости и газа получают 4444 кг газовой смеси, содержащей 356 1 кг СО>

730 кг NH> и 153 кг НФОП которую отводят по трубопроводу 3 1. Кроме того получают 81124 кг жидкой фазы, содержащей 4 1876 кг мочевины, 9883 кг СО, 10878 кг ИНз и

18487 кг Н О.

Газовую смесь, отведенную иэ зоны отпаривания, частично конденсируют в первой зоне 3 конденсации высокого давления, получая 79713 кг раствора карбамата. Время пребывания смеси в этой зоне выбирают таким, чтобы в растворе образовалось 15943 кг мочевины, раствор также содержит

23 194 кг СО» 29980 кг NH> и 11596 кг

H 0. Другую часть несконденсировавшейся газовой смеси конденсируют во второй зоне и конденсации высокого давления, в результате чего в зону синтеза подают раствор, содержащий

33752 кг СО 4 14 19 кг NH>, 12250 кг

Н О и 15943 кг мочевины, и газовую смесь, содержащую 660 кг СО

15222 кг NH> и 451 кг Н О °

Выделившееся в первой зоне 3 конденсации высокого давления тепло отводят с помощью потока 33 жидкости в котором происходит дальнейшее разложение присутствующего в нем карбамата на Nfl> и СО . После разделения полученной смеси под давлением в

18,5 атм при 155ОС на жидкость и газ по трубопроводу 34 поступает газовый поток, содержащий 7559 кг СО<, 5374 кг NH> и 1472 кг Н О, а по трубопроводу 35 — раствор, который помимо 41667 кг мочевины содержит

2478 кг СОк, 5622 кг NH> и 16952 кг

Н О. В зоне 8 контакта осуществляется противоточное контактирование раствора с газовым потоком, отводимым по трубопроводу 3 1. В результате контактирования по трубопроводу 44 отводят газовый поток, содержащий 3006 кг

СО 1536 кг NH> и 470 кг Н О,при

154 С, а по трубопроводу 36 — раствор, содержащий помимо 41667 кг мочевины 3033 кг СО, 4816 кг NH> и

16643 кг Н>О. Содержащий мочевину раствор далее обрабатывают под дав1О

55 лением 5 атм с целью разложения все еще присутствующего в растворе карбамата. В результате по трубопроводу

43 отводят газовую смесь, содержащую

2368 кг СО, 2781 кг NH> и 1289 кг

Н О. Для конденсации этой газовой смеси по трубопроводу 4 1 подают конденсат обработки (5546 кг), содержащий 665 кг СО и 2035 кг NH> Полученный в теплообменнике 10 раствор о, мочевины при 130 С, содержащий

4 1667 кг мочевины, 665 кг СО,2035 кг

ИН и 15345 кг Н О, пропускают по трубопроводу 38 и снижающий давление клапан 18а в зону 12 нагрева первой стадии испарения. В ходе снижения давления с помощью понижающего давления клапана 18а температура падает до 75 С. Необходимую для концентрирования теплбту получают за счет конденсации во внетрубном пространстве зоны 12 нагрева объединенных газовых потоков 34 и 44 пропусканием противотоком к раствору мочевины, при этом используют раствор карбамата, полученный на стадии низкого давления и подаваемый по трубопроводу 42 и содержащей 3033 кг СО, 4816 кг NH> и

4 134 кг Н О (температура 50 С) . Из зоны 12 нагрева смесь жидкости с газом отводят в сепаратор 14 для разделения жидкости и газа, иэ которого под давлением 0,38 атм при температуре 130 С по трубопроводу 49 отводят водный раствор мочевины, содержащий 41667 кг мочевины, 2194 кг Н 0 и 12 кг NH .

В зону 2 отпаривания на 1 т образующейся мочевины подают 437 кг насыщенного пара под давлением 19,6 атм и при 2 11 С. Во второй зоне 4 конденсации высокого давления на 1 т мочевины образуется 4445 KI пара низкого давления (5 атм). Иэ этого количества 82 кг используют в теплообменнике 10 и 13 Kr в зоне 13 нагрева второй стадии концентрирования.

Остальное количество используют для установления с помощью паровых эжекторов вакуума в сепараторах 14 и 15 для отделения водяного пара и в установке для очистки отработанной воды (не показана) °

Таким образом, в предложенном способе на 1 т полученной мочевины необходимо 437 кг/т водяного пара давлением 20 атм, при этом получают

1494865

Формула изобретения

20 теэа разлагают в двух последующих стадиях разложения при пониженном давлении с отделением образовавшейСоставитель Н.Куликова

Редактор JI.Пчолинская Техред М.яндык Корректор О.Пипле

Заказ 4 136/53 Тираж 352 Подписное

ВНИИИИ Государственного Комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 пар низкого давления (-5 атм) в количестве 300 кг/т, тогда как по прототипу необходимо истратить 596 кг/т пара выского давления, а получают пара низкого давления только 130 кг/т

5 (4 атм) .

Способ получения мочевины взаимодействием аммиака с двуокисью углерода при молярном соотношении 3,2:1 температура 183 С и давлении 139 атм в зоне синтеза с получением раствора синтеза мочевины, содержащего свободный аммиак и карбамат аммония, который подвергают разложению под давлением эоны синтеза при одновременной подаче тепла для разложения части карбамата и удалению образовавшихся газов отпариванием с двуокисью углерода, полученную при этом газовую смесь конденсируют в зоне конденсации, конденсат и несконденсировавшую- 25 ся часть газовой смеси рециркулируют в зону синтеза, оставшуюся часть карбамата в отпаренном растворе синся газовой с.меси и раствора мочевины, причем на первой из последующих стадий разложения устанавливают давление 18,5 атм и подводят тепло, оставшийся после разложения карбамата раствор, содержащий мочевину, обрабатывают далее на стадиях упаривання с получением концентрированного раствора мочевины или твердой мочевины, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода пара высокого давления, раствор мочевины, полученный после первой стадии разложения подвергают обработке для разложения в нем остаточных количеств карбамата в зоне конденсации и после удаления образовавшихся газов направляют на контактирование с газовой смесью, полученной в результате понижения давления над отпаренным раствором синтеза мочевины до давления, равного давлению в первой из последующих стадий разложения, и направляют раствор на вторую стадию разложения, а полученную проконтактированную газовую смесь затем отводят из эоны контакта и конденсируют о при температуре от 145 до 117 С,конденсат рециркулируют в находящуюся под указанным давлением зону синтеза.