SU251571A1 - Способ получения мочевины - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области получени  мочевины методом синтеза из ам.миака и двуокиси углерода с .применением полного жидкостного рецикла дл  возврата «епрореагировавших СОз и чМНз в фор.ме углеаммонийных солей. Обычно лри таком способе жидкий аммиак и двуокись углерода ввод т Б Колонну синтеза непосредственно или через смеситель, причем -в колонне синтеза лри давлении 160-200 кг/см устанавливаетс  средн   температура 150-240°С за счет су.ммарной реакции образовани  мочевины через карбамат аммони , (Как промежуточный продукт . Перва  ступень процесса - образование карбамата из iNHs и СОз - протекает с выделением тепла, втора  ступень - дегидратаци  карбамата с .образованием мочевины - протекает с поглощением тепла. Втора  ступень - образование мочевины из карбамата аммони  - представл ет собой равновесный процесс, и Степень превращени  в зависимОСти от содержани  воды в карбамате, температуры , давлени  и избытка аммиака может мен тьс  В пределах от 45 до 75%. Реакционна  смесь содержит водный раство .р мочевины, не растворивщиес  в воде газы, наход щиес  в надкритическом состо нии , а также .неполностью прореагировавщие и побочные продукты, из которых основным  вл етс  карбамат аммони , растворенный в воде в одной фазе с мочевиной. Смесь из реактора дросселируют и подогревают дл  разлол ени  карбамата и выделени  избыточного аммиака с последующим св зывание.м СО2, содержащейс  в отделенных газах, в виде водного раствора углеаммонийных солей, который возвращают в реактор синтеза, куда одновременно подают двуокись углерода (газообразную) и аммиак (жидкий). Согласно известному способу получени  мочевины, наиболее близкому к предлагаемому , реакционные компоненты (аммиак и двуокись углерода) поступают в реактор, где под давлением 150-220 аг протекают реакции образовани  карбамата аммони  и его дегидратации с получением .мочевины. Отводимую из реактора смесь, включающую водный раствор мочевины, карбамат и растворенный аммиак, дросселируют до давлени  10-45 кг/см и направл ют через подогреватель с температурой около 120-160°С в сепаратор , из нижней части которого лсидкую фазу, включающую раствор мочевины и карбамат , отвод т в Верхнюю часть колонны б дистилл ции, а газы из верхней части сепаратора отвод т в нижнюю часть колонны фракционировани .

около 110°С раствор мочевины отдел ют от аммиака и двуокиси углерода и из .нижней части вывод т в узел выларки -с носледующим гранулированием ллава мочевины. Газы дистилл ции, включающие аммиак, двуокись углерода и нары воды, нодают в нижнюю часть колонны фракционировани , орошаемой жидким аммиаком и аммиачной водой. Наканливающийс  в колонне фракционировани  концентрированный раствор карбамата аммонн , содержащий аммиак, возвращ:ают в реактор , а газовую фазу направл ют в конденсатор , где ноддерживают температуру 25-65 С дл  отделени  аммиака в жидком виде, который частично лодают на орошение .колонны фракционировани , а остаток через .буферную емкость - в линию свежего аммиака, вводимого iB реактор. Гемлературу в верхней и нижней част х 1КОЛОННЫ фракциоиировани  поддерживают ОКОЛО аи-/О и 90-110°С соответственно .

Выход ща  из .конденсатора газова  смесь, содержаща  аммиак и инертные газы, носгунает в промывную колонну, орошаемую водой , нз нижней части которой вывод т аммиачную воду, направл емую на орошение в колонну фракционировани , а из верхней - инертные газы, перекачиваемые в Нижню)0 часть колонны дистилл ции и частично удал емые из установ,ки через отводную линию.

Однако при осуществлении этого способа нодогрева второй ступени реакто.ра и использование тепла абсорбции газов не решены. При проведении процесса небходимо лроизводить сжатие углекислого газа до 2uu атм. Кроме того, значительные затраты пара обычно предусматриваютс  на вынарку раствора мочевины леред ее гранул цией из У8-997Ьного расплава.

Предлагаетс  способ получени  -мочевины, основанный на следующих ноложени х.

1.Двуокись углерода под давлением 18-20 кг/см ввод т в часть |коло.нны дистилл ции II стунени. Туда же подают газы дистилл ции I стунени - аммиак и двуокись углерода. В результате образуетс  смесь углеаммонийных солей, содержаща  NHs и СО2 в мол рном соотношении 2-3 на

Iмоль CUa. Эта .смесь при темлературе до 170°С образует раствор карбамата аммони  в воде.

2.Отвод тепла из колонны дистилл ции

IIступени осуществл ют ;плавом мочевины, постунающим из колонны дистилл ции I сгунени , при ловышении темлературы которого происходит разложение остатков карбамата аммони . Остальную часть избыточного тенла отвод т циркулирующим теплоносителем и иснользуют дл  лодогрева аммиака и рециркулируемого раствора леред колонной синтеза мочевины. Часть тенлоносител  нерегреваетс  до 250С носредством пр мого обогрева газами, образующимис  лри сжигании мазута или природных и нефт ных газов.

чевины направл ют в гра.нул ционный аппарат с кип щим слоем.

Предлагаемый способ лозвол ет снизить расход электроэнергии за счет снижени  расхода ее .на сжатие углекислого газа, а также благодар  снижению расхода лара и охлаждающей воды.

Па фиг. 1 иЗОбражена принципиальна  схема предлагаемого способа получени  мочевины , вариант 1; иа фиг. 2 - то же, вариант 2.

Предварительно сжатый до давлени  около 200 кг,1см жидкий аммиак (см. фиг. 1) нодают в трубное Пространство подогревател  1,

где с помощью теплоносител  он нагреваетс  до 100-120°С и далее поступает в нижнюю часть смесител  2, куда также подают при темлературе около 200°С и давлении 200 кг/см- ,в виде водного раствора углеаммонийных солей ненревращенные в мочевину газы дистилл ции 1 и II стуненей.

Таким образом, в смеситель 2 .нодают аммиак, двуокись углерода и воду в мольном соотношении NHs С02 : ПгО, равном

4,5 : 1 : 1,4.

Тщательно перемешанные в смесителе компоненты из верхней части направл ют в нижнюю часть .колонны синтеза 3. В колонне синтеза при темлературе 170-190°С и давлении

около 200 кг/см происходит реакци  дегидратации карбамата аммо.ни  с образованием мочевины. В этих услови х и лри вышеуказанном -мол рном соотношении -ностулающнх аммиака, двуокиси углерода и воды степень

превращени  карбамата аммони  в мочевину составл ет 55-60%.

Образовавшуюс  реакционную смесь, состо щую из мочевины, карбамата аммони , избыточного аммиака и воды, выход щую из

верхней части колонны синтеза, дросселируют до давлени  18-20 кг/см- и направл ют в колонну 4 д-истилл ции I ступени, где из плава выдел етс  часть избыточного аммиака. , Жидкую фазу с глухой тарелки, нахо-д щейс  приблизительно в средней части колонны дистилл ции I стунени, направл ют в трубное нространство лодогревател  5, в котором носредством подводимого тепла плав нагре1ваетс  до темлературы 140-165°С. При

этом из плава выдел етс  больша  часть избыточного аммиака н разлагаетс  на аммиак и .двуокись углерода до 90% карбамата аммони .

Паро-лсидкостную смесь из лодопревател  5

подают в нижнюю часть -колонны дистилл ции / стунени, где осущест1вл етс  разделение смеси на газовую и жидкую фазы. Жидкую фазу, состо щую из мочевины, карбамага аммони , аммиака и воды, отводимую из -нижней части колонны 4, дросселируют до давлени  1-4 кг/сжг и направл ют во внутреннюю камеру колонны 6 дистилл ции II стунени.

Газовую фазу, поднимающуюс  через патрубок глухой тарелки но колонне 4 -и соедипри дросселировании, подают из верхней части колонны 4 в нижнюю часть колонны 6 дистилл ции II ступени. В этот же поток газовой Смеси при днБлении 18-20 кг/см подают Свежую газообразную двуоки-сь углерода .

В калоБне 6 дистилл ции в результате интенсивного перемешивани  происходит абсорбци  двуокиси углерода из газовой фазы с последующим образованием раствора карбамата аммони . Смесь образовавшегос  раствора и непоглощенного таза из колонны 6 дистилл ции направл ют в нижнюю часть колонны 7 фракционировани , в которой происходит дополнительна  и окончательна  абсорбци  газов аммиачной водой, поступающей на верхнюю тарелку колонны 7. Между колоннами 5 и 7 циркулирует раствор в количестве , достаточном дл  обеспечени  тесного контакта с поступающей тазовой фазой. Раствор карба.мата аммони  при температуре 100°С из колоины 7 фракционировани  насосом 8 под давлением около 200 кг/слз подают В нижнюю часть смесител  через подогреватель 9, в котором раствор нагреваетс  до температуры около 140°С теплоносителем, циркулирующим через рубашку колонны 6 и нагревающимс  в ней за счет тепла абсорбции , выдел ющегос  в жоланне дистилл ции II ступени, и подогреватель 10, в котором раствор нагреваетс  до температуры около 200°С теплоносителем, подогретым до более высокой температуры с использованием тепла топочных газов. Часть теплоносител , циркулирующего через рубашку «олонны 6, направл ют в межтрубное пространство подогревател  1.

Газообразный аммиак, свободный от двуокиси углерода, при температуре 40-50°С из верхней части колонны 7 отвод т на конденсацию . Часть сконденсированного аммиака возвращают в колонну 5 синтеза, а остальной аммиак - на орощение колонны 7 фракционировани  двум  потоками (на верхнюю тарелку и в промежуток между двум  секци ми тарелок) дл  сн ти  тепла абсорбции двуокиси углерода.

Во внутренней камере колонны 6 дистилл ции плав мочевины .нагреваетс  до температуры 140-150°С. При этом происходит окончательное выделение свободного аммиака и разложение карбамата аммони . Парожидкостную смесь из этой камеры отвод т в сепаратор // дл  разделени  газовой и жидкой фаз.

Газовую фазу, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды, из верхней части сепаратора отвод т в нижнюю часть орошаемой водой или конденсатом колонны абсорбции 12, в которой абсорбируютс  газы дистилл ции с образованием слабого раствора карбамата аммони .

Из нижней части абсорбера 12 насосом 13 часть образовавшегос  раствора карбамата аммони , предварительно охлажденного в холодильнике 14, возвращают на орошение абсорбера , а остальной раствор насосом подают в нижнюю ча1сть колонны 7 фракционировани .

Из нижней части сепаратора // раствор мочевины с концентрацией 68-73% дросселируют и подают -в верхнюю сепарационную камеру выпарного аппарата 15, в котором поддерживают остаточное давление 290-

320 мм рт. ст. В результате снижени  давлени  часть воды из раствора мочевины превращаетс  в пар, и концентраци  мочевипы в жидкой фазе, собирающейс  в нижней части камеры, повышаетс  до 72-77%.

Оставшийс  раствор перетекает в нижнюю часть аппарата 15, где подвергаетс  выпариванию в падающей пленке до 90-95%.

Соковый пар, образующийс  в аппарате 15, отсасывают эжектором 16 и направл ют на

конденсацию, а концентрированный раствор подают в роторный пленочный испаритель 17, в котором поддерживают остаточное давление 12-18 мм рт. ст. с помощью эжектора 18, отсасывающего соковый пар.

Плав мочевины концентрацией 99-99,5% направл ют в сборник 19 и при температуре 125-135°С подают насосом в диспергирующее устройство 20 гранул ционной башни 21, в нижней части которой имеетс  кип щий

слой гранул, образующийс  в результате псевдоожижени  воздухом частиц мочевины, собирающихс  на решетке -ъ нилшей части башни. Гранулы и воздух вывод т соответственно с нижней и верхней частей гранул ционной башни.

В зимних услови х при температуре воздуха перед кип щим слоем 2-5°С гранулы на выходе из башни имеют температуру 10-15°С. В летних услови х температура

воздуха и гранул соответственно равна 14-28 и 20-38°С.

Согласно варианту 2 (см. фиг. 2) раствор мочевины с концентрацией около 70% отвод т из нижней части сепаратора //, дросселируют и подают в вакуум-испаритель 22, в котором поддерживают остаточное давление 300 мм рт. ст. При падении давлени  часть воды из раствора мочевины испар етс , и концентраци  раствора мочевины становитс 

равной около 74%.

Образовавшийс  соковый пар отсасывают и направл ют на конденсацию, а раствор мочевины температуры 90-95°С через сборник 23, пенный скруббер 24 и сборник 25

насосом 26 подают в форсунки гранул ционного аппарата 27 с кип щим слоем, iB которые поступают сжатый воздух дл  распыливани  и топочные газы температуры 500-700°С.

Холодный воздух и гор чие топочные газы также поступают в нижнюю часть гранул ционного аппарата 27 под распределительную решетку кип щего сло . Из нижней части аппарата непрерывно отвод т гранулы мочеГаз , выход щий из граиул циоиного аппарата , и содержащий пыль мочевины, очищают первоначально в системе циклонов 28 и далее подают в пенный скруббер 24 дл  более полной очистки. Очищенный газ отвод т из верхней части пенного скруббера.

Пример 1 (вариалт I). 920 кг/час жидкого аммиака при давлении 200 кг/см через подогреватель /, где осуществл ют  агрев до 120°С, подают в смеситель 2. Сюда же при давлении 200 кг/см и теМ|пературе 198°С поступает 3550 /са/чйс раствора карбамата аммони . Из смесител  смесь подают в иижнюю часть колонны синтеза, щ которой происходит реакци  дегидратации карбамата аммони  с образованием мочевины.

Из колонны синтеза 4470 кг/час реакционной смеси, состо щей из мочевины, карбамата аммони , избыточного аммиа1ка и воды, дросселируют до давлени  18 кг/см и направл ют в колонну 4 дистилл ции I ступени дл  выделени  из ллава непрореагировавших аммиака и двуокиси углерода.

Пла.в мочевины из колонны дистилл ции I ступени, частично освобожденный от избыточного аммиака и двуокиси углерода вследствие падени  давлени  етри дросселировании, подают IB подогреватель 5, в котором происходит нагрев до температуры 165°-С подводимым паром. При этом из плава мочевины выдел етс  значительна  ,часть избыточного аммиака и разлагаетс  90% карбамата аммони .

1760 кг/час плава мочевины лри температуре 165°С и концентрации мочевины в нем 60% из колонны дистилл ции I ступени дросселируют до давлени  3 кг/см и подают во Внут реннюю камеру колонны 6 дистилл ции И ступени, где плав нагреваетс  до температуры 145°С.

2710 кг/час газовой фазы из колонны дистилл ции I ступени направл ют в Н1ижнюю часть колонны дистилл ции П ступени дл  поглощени  в ней из газовой фазы двуокиси углерода с образованием при этом раствора карбамата аммони . В линию газовой фазы, кроме того, подают 740 кг/час газообразной двуокиси углерода, предварительно сжатой до давлени  18 кг/см.

Газо-жидкостную смесь (раствор карбамата аммони  и неабсорбированные газы) из колонны 6 дистилл ции II ступени передают в нижнюю часть колонны 7 фракционирован-и , орошаемой аммиачной водой дл  окончательной очистки газовой фазы от двуокиси углерода. В колонну фракционировани , кроме того, подают 330 кг/час раствора карбамата аммони  из абсорбера 12 и 2160 кг/час жидкого аммиака, которым отвод т избыточное тепло абсорбции.

2600 кг/час газообразного аммиака, очищенного от двуокиси углерода при температуре 45°С, из колонны 7 направл ют на конденсацию . Часть сконденсированного аммиака возвращают в цикл синтеза, остальное количество подают  а орошение коловны фракционировани .

2550 кг/час образовавшегос  раствора карбамата аммони  при температуре .100°С из колонны фракционировани  насосом 8 при давлении 200 кг/см через подогреватель 9, где раствор нагреваетс  до :140°С, и подогреватель 10, в котором раствор дополнительно наГреваетс  до 198°С, подают ,в смеситель 2.

Из внутренней камеры 1760 кг/час парожидкостной смеси направл ют в сепаратор // дл  разделени  газовой и жидкой фаз.

Из сепаратора 310 газовой фазы при температуре 120°С подают в абсор.бер 12 дл 

абсорбции газов конденсатом или водой, орошающими абсорбер. 330 кг/час полученного раствора карбамата аммони  при температуре 55°С ИЗ абсор бера направл ют на орошение колонны 7 фракционировани .

Из сепаратора :1450 кг/час раствора мочевины с концентрацией в нем мочевины 70% при температуре 145°С дросселируют и направл ют -в сепарационную часть выпарного аппарата 15, в котором поддерживают остаточное давление 300 мм рт. ст. В результате падени  давлени  часть воды испар етс , -и концентраци  раствора мочевины, собирающейс  в нижней сепарационной части аппарата , повышаетс  до 73%.

Из сепарационной части раствор мочевины перетекает в нижнюю часть аппарата, где при помощи подводимого пара, раствор выпариваетс  в падающей пленке до концентрации 95%. Образовавшийс  соковый пар в количестве 400 кг/час отсасывают эжектором 16 и направл ют на (конденсацию, а 1050 раствора .мочевины подают в роторный пленочный испаритель 17. В испарителе поддерживают остаточное давление 16 мм рт. ст. с

помощью эжектора 18, от сасывающего образовавшийс  соковый тар.

Плав мочевины с концентрацией 99,8% собирают в сборнике 19 и при температуре

135°С направл ют в диспергирующее устройство 20 гранул ционной башни 21, в нижней части которой имеетс  кип щий слой. Гранулы , образующиес  в результате псевдоожижени  частиц мочевины -воздухом, в колистве 1000 кг/час собирают в нижней части гранул ционной башни 21. Гранулы в воздух вывод т соответственно с низа и верха гранул ционной башни. Расход воздуха составл ет 25700 мз/час.

В зимних услови х при температуре воздуха 5°С перед кип щим слоем гранулы на выходе из башни имеют температуру 15°С, в летних услови х температура воздуха и гранул соответственно равна 28 и 38°С.

П р и м е р 2 (вариант 2).

Опыт провод т аналогично примеру ,1, за исключением того, что из сепаратора 1450 кг/час раствора мочевины с концентрацией в нем около 70% мочевины при темпевакуум-испаритель 75, ,в котором паддерживают остаточБое давление 300 мм рт. ст.

Из верхней вакуум-испарител  75 кг/час образовавшегос  сокового пара отвод т на конденсацию, а 1380 кг/час раствора мочевины с концентрацией .в нем мочевины околю 73% при температуре 95°С насосом 26 через .пенный скруббер 24 и сборник 25 подают в гранул ционный апгпарат с {Кип щим слоем дл  получени  гранул мочевины.

В аппарат с кип щим слоем поступают также гор чие TOin-очные тазы при температуре 500-600°С Б количестве около 9180 иа 1 т продукта. Получают 1000 кг/час гранул мочевадны любого заданного размера.

Предмет изобретени 

Claims (3)

1. Способ .получени  мочевины из аммиака и двуокиси углерода при температуре 170-- 190°С и давлении 180-200 ат .с двухступенчатой ди1стилл .цией, .фракционированиам и жидкостным рециклом не превращенных в мочевину исходных жом.понентов в виде водного раствора карбамата аммони  с последующим вы1парива1Еием н гранулированием плава мочевины, отличающийс  тем, что, с целью снижени  энергетических затрат на компремироваеие, двуокись углерода вместе с газами ди стилл ции I ступени под давлением 18-20 ат смешивают с раствором углеаммонийных солей, часть нолучекного раствора отвод т на стадию синтеза, тепло абсорбции газов раствором И1спользуют дл  подогрева подаваемых на стадию си1нтеза компонентов и дл  отгонки не превращенных в мочевину компонентов на стадии дистилл ции II ступени, а полученный раствор мочевины дросселируют и выпаривают до концентрации

73-78% нри температуре 90-110°С с последующим гранул1ирова1нибм в кип щем слое, псевдооЖИжаемом смесью воздуха с топочными газами, имеющими температуру 500- 700°С. .

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью снижени  1потерь аммиака -и двуокиси углерода, газы, отделен ные на стадии диСТИЛЛЯ1ЦИИ II ступени и состо щие из аммиака и двуокиси углерода, орошают водой, н образующ-ийс  при этом раствор карбамата аммони  направл ют на стадию фракционировани .

3. Слособ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества гранул,

выпаривание раствора мочевины ведут в ладающей пленке до .концентрации 90-95%, после чего полученный план концентрИ1руют в падающей .вращающейс  пленке до 99-99,5%, и полученный высококонцентрированный плав гранулируют в кип щем слое.