Способ и установка для производства мочевины
Формула / Реферат
1. Способ производства мочевины, в котором водный раствор мочевины, выходящий из зоны реакции мочевины, направляют в стриппер, где часть непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины и этот раствор выходит из стриппера в первую секцию извлечения из одной или более последовательных секций извлечения, в которых непрореагировавший аммиак и диоксид углерода в растворе мочевины отделяют от водного раствора мочевины, и затем его направляют в одну или более секций концентрирования мочевины, где выходящий из стриппера раствор мочевины подвергают адиабатическому расширению, образуя в результате пар и жидкость, которые разделяют, прежде чем жидкость поступает в первую секцию извлечения, и пар конденсируется, и в котором тепло, выделяющееся при конденсации пара в результате указанного расширения, используют в целях нагревания в последующем технологическом процессе.
2. Способ по п.1, в котором первая секция извлечения работает при давлении от 0,1 до 1 МПа, предпочтительно от 0,2 до 0,6 МПа.
3. Способ по п.1 или 2, в котором адиабатическое расширение приводит к падению давления по меньшей мере на 0,5 МПа и предпочтительно по меньшей мере на 1 МПа.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором давление пара после адиабатического расширения составляет по меньшей мере на 0,2 МПа и предпочтительно на 0,3 МПа больше, чем давление в первой системе извлечения.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором тепло, выделяемое во время конденсации пара, используют для концентрирования раствора мочевины в одной или более секций концентрирования мочевины.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором тепло, выделяющееся при конденсации пара, образующегося на стадии адиабатического расширения, используют для нагревания раствора мочевины в одной или более последующих секций извлечения мочевины.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором тепло, выделяющееся при указанной конденсации пара, используют для осуществления операций, выбираемых из группы, состоящей из нагревания в одной последующей секции извлечения, в ряду последующих секций извлечения, концентрирования раствора мочевины в одной из секций концентрирования мочевины, концентрирования раствора мочевины во множество секций концентрирования мочевины и их сочетаний.
8. Установка для производства мочевины, включающая стриппер и первую секцию извлечения, предназначенную для отделения непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода в растворе мочевины от водного раствора мочевины, в которой между стриппером и первой секцией извлечения установлены клапан адиабатического расширения, предназначенный для того, чтобы подвергать выходящий из стриппера раствор мочевины адиабатическому расширению, и газожидкостной сепаратор, предназначенный для отделения пара от жидкости, образующихся в результате адиабатического расширения, и в которой газоотводная труба газожидкостного сепаратора соединена, посредством газопровода, с конденсатором, установленным в секции извлечения и предназначенным для конденсации пара и выделения тепла конденсации.
9. Способ изготовления установки, предназначенной для производства мочевины, отличающийся тем, что в установке для производства мочевины, включающей в себя секцию синтеза, содержащую стриппер, и первую секцию извлечения, включающую конденсатор, выполняют монтаж клапана адиабатического расширения между стриппером и первой секцией извлечения, где клапан адиабатического расширения предназначен для того, чтобы подвергать выходящий из стриппера раствор мочевины адиабатическому расширению, и газожидкостного сепаратора, предназначенного для отделения пара от жидкости, образующихся в результате адиабатического расширения, и присоединение газоотводной трубы газожидкостного сепаратора, посредством газопровода, к конденсатору, установленному в секции извлечения и предназначенному для конденсации пара и выделения тепла конденсации.
Текст
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ Изобретение относится к способу производства мочевины, в котором водный раствор мочевины,выходящий из зоны реакции мочевины, поступает в стриппер, где часть непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины, и этот раствор выходит из стриппера в первую секцию извлечения из одной или более последовательных секций извлечения и затем поступает в одну или более секций концентрирования мочевины, где выходящий из стриппера раствор мочевины подвергают адиабатическому расширению, образуя в результате пар и жидкость, которые разделяются, прежде чем жидкость поступает в первую секцию извлечения,и пар конденсируется. Настоящее изобретение также относится к установке для производства мочевины, включающей стриппер и первую секцию извлечения, в которой клапан адиабатического расширения и газожидкостной сепаратор установлены между стриппером и первой секцией извлечения. Меннен Йоханнес Хенрикус (NL) Медведев В.Н. (RU) Мочевину можно производить, вводя избыток аммиака вместе с диоксидом углерода при давлении от 12 до 40 МПа и при температуре от 150 до 250C в зону синтеза мочевины. В результате образование мочевины можно представить наилучшим образом в виде двух последовательных стадий реакции, где на первой стадии получают карбамат аммония по экзотермической реакции 2NH3+CO2H2N-CO-ONH4 после чего образующийся карбамат аммония дегидратируют на второй стадии, получая мочевину по эндотермической равновесной реакцииH2N-CO-ONH4H2N-CO-NH2+H2O Степень, в которой проходят данные реакции, зависит, помимо прочих факторов, от температуры и избытка используемого аммиака. Продукт реакции, полученный в растворе после синтеза мочевины, содержит в основном мочевину, воду, несвязанный аммиак и карбамат аммония. Карбамат аммония и аммиак отделяют от раствора и обычно возвращают в зону синтеза мочевины. Помимо вышеупомянутого раствора в зоне синтеза мочевины образуется газовая смесь, которую составляют непрореагировавший аммиак и диоксид углерода вместе с инертными газами, так называемый отходящий газ из реактора. Секция синтеза мочевины может включать отдельные зоны для образования карбамата аммония и мочевины. Эти зоны можно также объединять в одном устройстве. В установке для стриппинга мочевины разложение карбамата аммония, который не был конвертирован в мочевину, и удаление обычного избытка аммиака происходит, главным образом, при давлении,которое практически равно давлению в реакторе синтеза. Это разложение и удаление происходят в одном стриппере или нескольких стрипперах, установленных после реактора, возможно, с помощью отдувочного газа, такого как, например, диоксид углерода и/или аммиак, и с введением тепла. Также можно использовать термический стриппинг. Термический стриппинг означает, что источник тепла используется исключительно для разложения карбамата аммония и отделения от раствора мочевины присутствующих в нем аммиака и диоксида углерода. Поток газа, выходящего из термического стриппера, содержит аммиак и диоксид углерода, которые конденсируются в конденсатор высокого давления и затем возвращаются в зону синтеза мочевины. В установке для стриппинга мочевины зона синтеза работает при температуре от 160 до 240C и предпочтительно при температуре от 170 до 220C. Давление в реакторе синтеза составляет от 12 до 21 МПа, предпочтительно от 12,5 до 20 МПа. Молярное соотношение аммиака и диоксида углерода (соотношение N/C) в зоне синтеза мочевины установки стриппинга составляет обычно от 2,2 до 5 и предпочтительно от 2,5 до 4,5 моль/моль. Зону синтеза можно размещать в одном реакторе или во множестве реакторов, установленных параллельно или последовательно. Энергопотребление установок для стриппинга мочевины обычно определяется потреблением пара. Пар поступает только в кожух стриппера в секции синтеза или в указанный кожух стриппера и кожух нагревателя системы извлечения мочевины. После обработки стриппингом давление обработанного раствора мочевины уменьшается в системе извлечения мочевины, и раствор мочевины концентрируется путем испарения воды. Полученный поток карбамата, который образуется в секции извлечения, работающей при меньшем давлении, чем давление в секции синтеза, предпочтительно возвращается в секцию синтеза мочевины, работающую при давлении синтеза. Секция извлечения обычно представляет собой одну секцию или может представлять собой множество секций извлечения, установленных последовательно. В секции извлечения непрореагировавший аммиак и диоксид углерода в растворе мочевины отделяются от водного раствора мочевины. Секция извлечения обычно включает нагреватель, секцию газожидкостного разделения и конденсатор. Раствор мочевины, поступающий в секцию извлечения, нагревают для испарения летучих компонентов (аммиак и диоксид углерода) из данного раствора. Теплоноситель, используемый в нагревателе, обычно представляет собой пар. Пар, образующийся в указанном нагревателе, отделяется от водного раствора мочевины в газожидкостном сепараторе, после чего указанный пар конденсируется в конденсаторе. Выделяющееся при конденсации тепло обычно рассеивается в охлаждающей воде. Часто используемый способ производства мочевины путем стриппинга представляет собой способ углекислотного стриппинга, который описал, например, Ullmann в "Энциклопедии промышленной химии", т. А 27, 1996 г., с. 333-350. В этом способе за секцией синтеза следуют одна или более секций извлечения. Секция синтеза включает реактор, стриппер, конденсатор и скруббер, в котором рабочее давление составляет от 12 до 18 МПа и предпочтительно от 13 до 16 МПа. В секции синтеза раствор мочевины, выходящий из реактора синтеза мочевины, поступает в стриппер, в котором большое количество непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины. Такой стриппер может представлять собой кожухотрубный теплообменник, в который раствор мочевины поступает в верхнюю часть трубного пространства, и диоксид углерода, поступающий для синтеза, вводят в нижнюю часть стриппера. В межтрубное пространство пар вводят для нагревания раствора. Раствор мочевины выходит из теплообменника в нижней части, в то время как паровая фаза выходит из стриппера в верхней части. Пар, выходящий из указанного стриппера, содержит аммиак, диоксид углерода и не-1 024085 большое количество воды. Указанный пар конденсируется в теплообменнике типа падающей пленки или в конденсатор погруженного типа, который может представлять собой горизонтальный тип или вертикальный тип. Горизонтальный теплообменник погруженного типа описал Ullmann в "Энциклопедии промышленной химии", т. А 27, 1996 г., с. 333-350. Тепло, выделяемое в экзотермической реакция конденсации карбамата в указанном конденсаторе, обычно используют для производства пара, который используют в последующей секции обработки мочевины для нагревания и концентрирования раствор мочевины. Поскольку создается определенное время пребывания жидкости в конденсаторе погруженного типа, реакция синтеза мочевины частично происходит уже в указанном конденсаторе. Полученный раствор, содержащий конденсированный аммиак, диоксид углерода, воду и мочевину, вместе с неконденсированным аммиаком, диоксидом углерода и инертным паром направляют в реактор. В реакторе вышеупомянутая реакция превращения карбамата в мочевину достигает равновесия. Молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в растворе мочевины, выходящем из реактора, составляет обычно от 2,5 до 4 моль/моль. Также возможно объединение конденсатора и реактора в одном технологическом блоке. Пример такого технологического блока описал Ullmann в "Энциклопедии промышленной химии", т. А 27,1996 г., с. 333-350. Полученный раствор мочевины, выходящий из реактора синтеза мочевины, поступает в стриппер, а инертный пар, содержащий неконденсированный аммиак и диоксид углерода, поступает в секцию скруббера, работающей при давлении, близком к давлению реактора. В этой секции скруббера аммиак и диоксид углерода отмываются от инертного пара. Полученный раствор карбамата из последующей системы извлечения используют в качестве абсорбента в этой секции скруббера. Выходящий из стриппера раствор мочевины в этой секции синтеза должен иметь концентрацию мочевины, составляющую по меньшей мере 50 мас.% и предпочтительно по меньшей мере 53 мас.%, чтобы его можно было обрабатывать в одной системе извлечения после стриппера. Секция извлечения включает нагреватель,газожидкостной сепаратор и конденсатор. Давление в этой секции извлечения составляет от 0,2 до 0,5 МПа. В нагревателе секции извлечения масса аммиака и диоксида углерода отделяется от содержащей мочевину и воду фазы при нагревании раствора мочевины. Обычно пар используют в качестве теплоносителя. Фаза, содержащая мочевину и воду, а также небольшое количество растворенного аммиака и диоксида углерода, выходит из секции извлечения и поступает в последующую секцию обработки мочевины, где раствор мочевины концентрируют, испаряя воду из указанного раствора. Пар, образующийся в нагревателе, включает аммиак, диоксид углерода и воду. Указанный пар конденсируется в конденсаторе. Теплота конденсации рассеивается в охлаждающей воде. Полученный карбамат используют в качестве абсорбента в указанном скруббере в секции синтеза. Некоторое количество неконденсированного пара,выходящего из указанного конденсатора, направляют в конденсатор или абсорбер для очистки до инертного состояния перед выпуском его в атмосферу. Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы свести до минимума энергопотребление в установке для стриппинга мочевины. Соответственно, предложен способ производства мочевины, в котором водный раствор мочевины, выходящий из зоны реакции мочевины, поступает в стриппер, где часть непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины и этот раствор выходит из стриппера в первую секцию извлечения из одной или более последовательных секций извлечения и затем поступает в одну или более секций концентрирования мочевины, где выходящий из стриппера раствор мочевины подвергают адиабатическому расширению, образуя в результате пар и жидкость, которые разделяются, прежде чем жидкость поступает в первую секцию извлечения, и пар конденсируется, и в котором тепло, выделяющееся при конденсации пара в результате указанного расширения, используют в целях нагревания в последующем технологическом процессе. Адиабатическое расширение указанного раствора приводит предпочтительно к падению давления,котороесоставляет по меньшей мере 0,5 МПа и предпочтительнее по меньшей мере 1 МПа. Предпочтительно давление пара после адиабатического расширения составляет по меньшей мере на 0,2 МПа и предпочтительно на 0,3 МПа больше, чем давление жидкости, поступающей в первую систему извлечения. В результате адиабатического расширения указанного раствора мочевины образуется пар, содержащий аммиак, диоксид углерода и небольшое количество воды, без необходимости нагревания указанного раствора. Пар можно отделять от жидкой фазы в газожидкостном сепараторе. Жидкая фаза, содержащая раствор мочевины и относительно небольшое количество растворенного аммиака и диоксида углерода, поступает в первую секцию извлечения. Согласно настоящему изобретению тепло, выделяющееся при конденсации пара в результате указанного расширения, используют в целях нагревания в последующем технологическом процессе. Это относится, в частности, к использованию к одной или более последующих секций извлечения или для концентрирования раствора мочевины в одной или более секций концентрирования мочевины. Вследствие применения указанной стадии адиабатического расширения обязательно высокая концентрация мочевины в выходящем из стриппера растворе мочевины больше не требуется и может быть снижена приблизительно до 45-50 мас.%. Это можно допустить, поскольку часть обязательно требуемого нагревания и/или концентрирования раствора мочевины в ходе последующей обработки осуществляется за счет теплоты конденсации высвобождающихся аммиака и диоксида углерода, которые выделяются на стадии адиабатического расширения. Заявитель обнаружил, что энергопотребление установки для производства мочевины сокращается по меньшей мере на 5% в случае, где единственная стадия адиабатического расширения применяется между секцией синтеза и первой секцией извлечения. Кроме того, заявитель обнаружил, что применение единственной стадии расширения между секцией синтеза и первой секцией извлечения можно осуществлять для увеличения производительности существующих установок для производства мочевины, в то время как энергопотребление в расчете на тонну произведенной мочевины сокращается по меньшей мере на 5%. Кроме того, применение указанной единственной стадии расширения на существующих установках для производства мочевины способно увеличивать производительность установки по меньшей мере на 20% без необходимости модификации существующего оборудования в последующей секции извлечения. В следующем преимущественном аспекте, относящемся к секции извлечения, извлечение раствора мочевины первоначально проводят при низком давлении. Низкое давление в области производства мочевины означает интервал от 1 до 10 бар (0,1-1 МПа), предпочтительно от 2 до 6 бар (0,2-0,6 МПа). Таким образом, способ согласно настоящему изобретению в данном предпочтительном варианте его осуществления включает следующие стадии: водный раствор мочевины, выходящий из зоны реакции мочевины, поступает в стриппер, где часть непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины; раствор выходит из стриппера в первую секцию извлечения, состоящую из одной или более последовательных секций извлечения, и затем поступает в одну или более секций концентрирования мочевины; где выходящий из стриппера раствор мочевины подвергают адиабатическому расширению, образуя в результате пар и жидкость, которые разделяются, прежде чем жидкость поступает в первую секцию извлечения, и пар конденсируется, причем первая секция извлечения работает при давлении 1-10 бар(0,1-1 МПа), предпочтительно 2-6 бар (0,2-0,6 МПа). Предпочтительно, чтобы обеспечить оптимальную эффективность использования энергии, тепло, выделяющееся при конденсации пара в результате указанного расширения, используют в целях нагревания в одной или более последующих секций извлечения или для концентрирования раствора мочевины в одной или более секций концентрирования мочевины, и первая секция извлечения работает при давлении 1-10 бар (0,1-1 МПа), предпочтительно 2-6 бар (0,2-0,6 МПа). Работа первой секции извлечения при давлении, которое значительно ниже, чем давление, достигаемое после адиабатического расширения, создает ряд преимуществ. Таким образом, можно использовать, например, пар низкого давления, что обеспечивает значительные преимущества, поскольку требования к источнику пара являются менее строгими, делая способ проще и, в общем и целом, экономичнее. Кроме того, первая стадия извлечения (первая стадия рециркуляции) при низком давлении обеспечивает возможность осуществления стадии при меньших температурах, чем обычно, например от 105 до 150C,предпочтительно от 120 до 140C. Это, в свою очередь, приводит к снижению потребляемой энергии. Более того, при пониженных температурах снижается степень нежелательных побочных реакций (образование биурета и гидролиз мочевины). Кроме того, настоящее изобретение относится к способу увеличения производительности существующего производства мочевины, в котором водный раствор мочевины, выходящий из зоны реакции мочевины, поступает в стриппер, где часть непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины и этот раствор выходит из стриппера в первую секцию извлечения из одной или более последовательных секций извлечения и затем поступает в одну или более секций концентрирования мочевины, где выходящий из стриппера раствор мочевины подвергают адиабатическому расширению, образуя в результате пар и жидкость, которые разделяются, прежде чем жидкость поступает в первую секцию извлечения, и пар конденсируется. В технике не признано, что объединение функций обработки водного раствора мочевины в режиме адиабатического расширения и разделения полученных паровой и жидкой фаз перед поступлением жидкости в первую секцию извлечения позволяет увеличить производительность существующей установки для производства мочевины. Предпочтительно способ увеличения производительности существующей установки для производства мочевины включает технологическую стадию, на которой тепло, выделяющееся при конденсации пара в результате указанного расширения, используют в целях нагревания в одной или более последующих секций извлечения или для концентрирования раствора мочевины в одной или более секций концентрирования мочевины. В следующем предпочтительном варианте осуществления способа увеличения производительности существующей установки для производства мочевины первая секция извлечения работает при давлении 1-10 бар (0,1-1 МПа), предпочтительно 2-6 бар (0,2-0,6 МПа). Следующий вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой установку для производства мочевины, включающей стриппер и первую секцию извлечения, где клапан адиабатического расширения и газожидкостной сепаратор установлены между стриппером и первой секцией извлечения, и где газоотводная труба газожидкостного сепаратора соединена, посредством газопровода, с конденсатором, установленным в секции извлечения. Предшествующий уровень техники проиллюстрирован на фиг. 1, в то время как два варианта осуществления настоящего изобретения представлены на фиг. 2 и 3. Фиг. 1 представляет типичный способ стриппинга мочевины, который известен на предшествующем уровне техники. В данном способе за секцией синтеза (S) следуют одна или более секций извлечения (R), после которых мочевину дополнительно концентрируют в одной или более последующих секций обработки мочевины (не показано). Секция синтеза включает реактор (REA), стриппер (STRIP), конденсатор (НРСС) и скруббер (SCRUB), в котором рабочее давление составляет от 12 до 18 МПа и предпочтительно от 13 до 16 МПа. В секции синтеза раствор мочевины, выходящий из реактора синтеза мочевины (REA), поступает в стриппер (STRIP), в котором большое количество непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины. Стриппер представляет собой кожухотрубный теплообменник, куда раствор мочевины поступает в верхнюю часть через линию (b) в трубное пространство, и диоксид углерода поступает в нижнюю часть стриппера через линию (а) в трубное пространство. Диоксид углерода может, но не обязательно, содержать инертный газ и может включать воздух для защиты конструкционных материалов оборудования и линий в секции синтеза от чрезмерной коррозии. Раствор мочевины из реактора (REA) поступает в стриппер (STRIP) через линию (b) и противоточно вступает в контакт с поступающим диоксидом углерода. Таким образом, снижается парциальное давление аммиака в растворе мочевины, что вызывает разложение непрореагировавшего карбамата. В качестве теплоносителя пар при давлении от 1,5 до 2,5 МПа поступает в межтрубное пространство указанного стриппера(STRIP) через линию (с), чтобы получить концентрацию мочевины в растворе мочевины, выходящего из стриппера, приблизительно на уровне от 53 до 56 мас.%. Пар, выходящий из стриппера (STRIP) через линию (d), содержит аммиак, диоксид углерода и небольшое количество воды и поступает в конденсатор(НРСС). Аммиак поступает в указанный конденсатор (НРСС) также через линию (е). В этом конденсаторе аммиак и диоксид углерода конденсируются, образуя раствор карбамата. Выделяющееся при конденсации тепло используют для нагревания конденсата, который поступает через линию (z) в пар, который выходит через линию (f), что используют в целях нагревания в последующих секциях обработки мочевины. Поскольку используют конденсатор (НРСС) погруженного типа, создается время пребывания жидкой фазы, которое вызывает прохождение эндотермической реакции образования мочевины. Таким образом, полученный раствор вместе с неконденсированным инертным паром, выходящим из конденсатора(НРСС), поступает в реактор (REA) через линию (g), где эндотермическая реакция образования мочевины достигает равновесия. В верхней части реактора (REA) раствор отделяется от неконденсированного инертного пара. Раствор поступает в указанный стриппер (STRIP) через линию (b), и неконденсированный инертный пар поступает в скруббер (SCRUB) через линию (h). В скруббере (SCRUB) неконденсированный аммиак и диоксид углерода отделяются от инертного пара при поступлении карбамата, образовавшегося в секции извлечения, в качестве абсорбента через линию (i). Инертный пар через линию (j) выпускают непосредственно в атмосферу, или его можно обрабатывать в абсорбере перед выпуском его в атмосферу. Полученный раствор карбамата в скруббере (SCRUB) возвращается в конденсатор (НРСС) через линию (k). Раствор мочевины, выходящий из стриппера мочевины (STRIP) через линию (l), расширяется и направляется непосредственно в нагреватель (HEAT) в секции извлечения. Рабочее давление в секции извлечения составляет от 0,2 до 0,6 МПа. В межтрубное пространство указанного нагревателя (HEAT) пар поступает через линию (m), нагревая раствор до температуры от 120 до 145C и предпочтительно до температуры от 130 до 140C. Образовавшийся пар и раствор мочевины направляют из нагревателя(HEAT) в сепаратор (SEP) через линию (n). В сепараторе (SEP) пар отделяется от раствора мочевины. Раствор мочевины выходит из нагревателя (HEAT) в систему извлечения через линию (o) в последующую секцию обработки мочевины, где указанный раствор концентрируют испарением воды из мочевины. Полученный пар из нагревателя (HEAT) через линию (p) поступает в конденсатор (LPCC). В указанном конденсаторе аммиак и диоксид углерода конденсируется, образуя карбамат. Выделяющееся при конденсации тепло от указанной реакция конденсации карбамата рассеивается в охлаждающей воде. Карбамат, полученный в указанном конденсаторе (LPCC), поднимается через линию (i) в скруббер(LPCC) через линию (q), затем обрабатывают в последующей секции, чтобы очистить инертный пар перед его выпуском в атмосферу. Потребляемая энергия в установке для производства мочевины поступает путем введения пара через линию (c) при давлении около 2 МПа в межтрубное пространство стриппера (STRIP). Количество пара, которым нагревают раствор для получения концентрации мочевины по меньшей мере 53 мас.%,составляет от 850 до 900 кг на 1 т мочевины, произведенной в качестве конечного продукта. Фиг. 2 представляет пример способа производства мочевины согласно настоящему изобретению. В данном способе за секцией синтеза (S) следуют одна или более секций извлечения (R), после которых мочевину дополнительно концентрируют в одной или более последующих секциях обработки мочевины (не показано). Секция синтеза включает реактор (REA), стриппер (STRIP), конденсатор (НРСС) и скруббер (SCRUB), в котором рабочее давление составляет от 12 до 18 МПа и предпочтительно от 13 до 16 МПа. В секции синтеза раствор мочевины, выходящий из реактора синтеза мочевины (REA), поступает в стриппер (STRIP), в котором большое количество непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины. Стриппер представляет собой кожухотрубный теплообменник, куда раствор мочевины поступает в верхнюю часть через линию (b) в трубное пространство, и диоксид углерода поступает в нижнюю часть стриппера через линию (а). Диоксид углерода может содержать инертный газ и может включать воздух для защиты конструкционных материалов оборудования и линий в секции синтеза от чрезмерной коррозии. Раствор мочевины из реактора (REA) поступает в стриппер (STRIP) через линию (b) и противоточно вступает в контакт с поступающим диоксидом углерода. Таким образом, уменьшается парциальное давление аммиака в растворе мочевины, что вызывает разложение непрореагировавшего карбамата. В качестве теплоносителя пар при давлении от 1,5 до 2,5 МПа направляют в межтрубное пространство указанного стриппера (STRIP) через линию (с), чтобы получить концентрацию мочевины в растворе мочевины, выходящего из стриппера, приблизительно на уровне от 45 до 50 мас.%. Пар, выходящий из стриппера (STRIP) через линию (d), который содержит аммиак, диоксид углерода и небольшое количество воды, поступает в конденсатор (НРСС). Аммиак поступает в указанный конденсатор (НРСС) также и через линию (е). В указанном конденсаторе аммиак и диоксид углерода конденсируются в раствор карбамата. Выделяющееся при конденсации тепло используют для нагревания конденсата, поступающего через линию (z), в пар, выходящий через линию (f), который используют в целях нагревания в последующих секциях обработки мочевины. Поскольку используют конденсатор (НРСС) погруженного типа, создается время пребывания жидкой фазы, которое вызывает прохождение эндотермической реакции образования мочевины. Таким образом, полученный раствор вместе с неконденсированным инертным паром, выходящим из конденсатора (НРСС) поступает в реактор (REA) через линию (g), где эндотермическая реакция образования мочевины достигает равновесия. В верхней части реактора (REA) раствор отделяется от неконденсированного инертного пара. Раствор поступает в указанный стриппер (STRIP) через линию (b), и неконденсированный инертный пар поступает в скруббер (SCRUB) через линию (h). В скруббере (SCRUB) неконденсированный аммиак и диоксид углерода отделяются от инертного пара при поступлении карбамата, образующегося в секции извлечения в качестве абсорбента, через линию (i). Инертный пар через линию (j) поступает непосредственно в атмосферу, или его можно обрабатывать в абсорбере перед его выпуском в атмосферу. Полученный раствор карбамата в скруббере (SCRUB) возвращается в конденсатор (НРСС) через линию (k). Раствор мочевины, выходящий из стриппера мочевины (STRIP) через линию (l), содержащий мочевину в концентрации, составляющей приблизительно от 45 до 50 мас.%, подвергают адиабатическому расширению в клапане (V1) до давления около 2,5 МПа. Вследствие этого расширения высвобождаются аммиак и диоксид углерода. Выделяющиеся аммиак и диоксид углерода в паровой фазе отделяются от раствор мочевины в сепараторе (SEPA). Раствор мочевины выходит из сепаратора (SEPA) через линию(r), имея концентрацию от 50 до 55 мас.% и молярное соотношение аммиака и диоксида углерода от 2,8 до 3,4 моль/моль, и поступает через клапан (V2) в систему извлечения, работающую при давлении около 0,4 МПа. Выделившиеся аммиак и диоксид углерода, выходящие из сепаратора (SEPA) через линию (s),поступают в межтрубное пространство концентратора мочевины (CONC), который работает при давлении, близком к давлению после адиабатического расширения. В трубное пространство указанного концентратора мочевины (CONC) раствор мочевины вводят через линию (t) и концентрируют. Это концентрирование раствора мочевины происходит при давлении ниже атмосферного. Концентратор мочевины(CONC) может представлять собой концентратор вертикального типа без рециркуляции, а также концентратор типа падающей пленки. За счет выделяющегося при конденсации тепла в межтрубном пространстве вода в растворе мочевины в трубном пространстве указанного концентратора (CONC) испаряется, и,таким образом, раствор мочевины концентрируется и выходит из концентратора через линию (u). Приблизительно от 10 до 99% и предпочтительно от 30 до 95% выделившегося посредством адиабатического расширения аммиака и диоксида углерода конденсируется в межтрубном пространстве указанного концентратора (CONC). Концентрация мочевины в растворе мочевины, поступающего в трубное пространство через линию (t) указанного концентратора, составляет от 50 до 72 мас.% и предпочтительно от 60 до 70 мас.%. Концентрация мочевины в растворе, выходящем из концентратора (CONC) через линию (u),составляет от 72 до 96 мас.% и предпочтительно от 75 до 93 мас.%. В системе извлечения после адиабатического расширения раствор мочевины вводят в нагреватель(HEAT) через линию (r), где раствор мочевины нагревают до температуры от 130 до 140C. Вследствие такого нагревания раствора, аммиак и диоксид углерода выделяются из раствора. Концентрация мочевины в растворе, выходящем из нагревателя (HEAT) через линию (o) в одну или более последующих секций обработки мочевины, составляет приблизительно от 60 до 65 мас.%. Высвобожденные аммиак и диоксид углерода отделяются от раствора в газожидкостном сепараторе (SEP), откуда затем пар поступает через линию (p) в конденсатор (LPCC), где пар конденсируется. В эту систему извлечения и предпочтительно в конденсатор (LPCC) небольшую порцию диоксида углерода вводят через линию (v), чтобы регулировать молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в образованном конденсированном карбамате. Молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в указанном полученном карбамате в линии (w) составляет от 1,9 до 4 моль/моль и предпочтительно от 2,1 до 3,5 моль/моль. Этот полученный карбамат поднимается в межтрубное пространство указанного концентратора (CONC), откуда затем полученный карбамат в межтрубном пространстве указанного концентратора перекачивают в скруббер(SCRUB) в секции синтеза через линию (i). Количество воды в данном потоке карбамата составляет от 19 до 40 мас.% и предпочтительно от 20 до 35 мас.%. Чтобы регулировать количество воды в полученном карбамате, вода поступает в конденсатор (LPCC) в секции извлечения или в межтрубное пространство концентратора (CONC). Неконденсированный пар в межтрубном пространстве концентратора (CONC) через линию (х) перекачивают в конденсатор (LPCC) в системе извлечения, где оставшиеся аммиак и диоксид углерода конденсируются под действием охлаждающей воды. Инертный пар, содержащий небольшие количества аммиака и диоксида углерода, выходит из конденсатора (LPCC) через линию (q) и далее обрабатывается в последующем технологическом процессе установки перед выпуском в атмосферу. Потребляемая энергия, поступающая в установку для производства мочевины через стриппер(STRIP) через линию (с) в синтезе, снижается за счет настоящего изобретения до 750-830 кг на 1 т мочевины, произведенной в качестве продукта. Фиг. 3 представляет пример другого варианта осуществления способа производства мочевины согласно настоящему изобретению. В данном способе за секцией синтеза (S) следуют одна или более секций извлечения (R), после которых мочевину дополнительно концентрируют в одной или более последующих секциях обработки мочевины (не показано). Секция синтеза включает реактор (REA), стриппер (STRIP), конденсатор (НРСС) и скруббер (SCRUB), в котором рабочее давление составляет от 12 до 18 МПа и предпочтительно от 13 до 16 МПа. В секции синтеза раствор мочевины, выходящий из реактора синтеза мочевины (REA), поступает в стриппер (STRIP), в котором большое количество непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины. Стриппер представляет собой кожухотрубный теплообменник, куда раствор мочевины поступает в верхнюю часть через линию (b) в трубное пространство, и диоксид углерода поступает в нижнюю часть стриппера через линию (а). Диоксид углерода может содержать инертный пар и может включать воздух для защиты конструкционных материалов оборудования и линий в секции синтеза от чрезмерной коррозии. Раствор мочевины из реактора (REA) поступает в стриппер (STRIP) через линию (b) и противоточно вступает в контакт с поступающим диоксидом углерода. Таким образом, уменьшается парциальное давление аммиака в растворе мочевины, что вызывает разложение непрореагировавшего карбамата. В качестве теплоносителя пар при давлении от 1,5 до 2,5 МПа поступает в межтрубное пространство указанного стриппера (STRIP) через линию (с). Пар, выходящий из стриппера (STRIP) через линию (d), который содержит аммиак, диоксид углерода и небольшое количество воды, поступает в конденсатор (НРСС). Аммиак поступает в указанный конденсатор (НРСС) также и через линию (е). В указанном конденсаторе аммиак и диоксид углерода конденсируются в раствор карбамата. Выделяющееся при конденсации тепло используют для производства пара через линию(f), что используют в целях нагревания в последующих технологических процессах установки для производства мочевины. Поскольку используют конденсатор (НРСС) погруженного типа, создается время пребывания жидкой фазы, которое вызывает прохождение эндотермической реакции образования мочевины. Таким образом, полученный раствор вместе с неконденсированным инертным паром, выходящим из конденсатора (НРСС) направляют через линию (g) в реактор (REA), где эндотермическая реакция образования мочевины достигает равновесия. В верхней части реактора (REA) раствор отделяется от неконденсированного инертного пара. Раствор поступает в указанный стриппер (STRIP) через линию (b). Раствор мочевины, выходящий из стриппера мочевины (STRIP) через линию (l) и содержащий мочевину в концентрации, составляющей приблизительно от 45 до 50 мас.%, подвергают адиабатическому расширению в клапане (V1) до давления около 2,5 МПа. Вследствие расширения высвобождаются аммиак и диоксид углерода. Выделяющиеся аммиак и диоксид углерода в паровой фазе отделяются от раствора мочевины в сепараторе (SEPA). Раствор мочевины выходит из сепаратора (SEPA) через линию (r),имея концентрацию от 50 до 55 мас.% и молярное соотношение аммиака и диоксида углерода от 2,8 до 3,4 моль/моль, и поступает через клапан (V2) в систему извлечения, работающую при давлении около 0,4 МПа. После разложения аммиак и диоксид углерода, выходящие из сепаратора (SEPA) через линию (s),вводят в межтрубное пространство нагревателя (HEAT) в системе извлечения, где этот пар конденсируется. Выделяющееся при конденсации карбамата используют для нагревания раствора мочевины, который вводят в указанный нагреватель (HEAT) в трубном пространстве через линию (r). Приблизительно от 10 до 90% выделившегося аммиака и диоксида углерода, высвобождающихся при адиабатическом расширении, конденсируется в межтрубном пространстве нагревателя (HEAT). Предпочтительно от 30 до 85% данного пара конденсируется в межтрубном пространстве нагревателя (HEAT). Полученный раствор карбамата вместе с неконденсированным аммиаком и диоксидом углерода выходит из межтрубного пространства нагревателя (HEAT) через линию (y) и поступает в конденсатор в системе извлечения(LPCC). Инертный пар, который выходит из реактора (REA) в секции синтеза мочевины через линию (h),вводят в межтрубное пространство концентратор мочевины (CONC), который работает при давлении,-6 024085 близком к давлению после адиабатического расширения. В трубном пространстве указанного концентратора мочевины (CONC) раствор мочевины концентрируют. Концентрирование раствора мочевины происходит при давлении ниже атмосферного. Этот концентратор мочевины (CONC) может представлять собой концентратор вертикального типа без рециркуляции, а также концентратор типа падающей пленки. За счет выделяющегося при конденсации тепла в межтрубном пространстве вода в растворе мочевины в трубном пространстве указанного концентратора испаряется и, таким образом, раствор мочевины концентрируется. Концентрация мочевины в растворе мочевины, который поступает в трубное пространство указанного концентратора через линию (t), составляет от 50 до 72 мас.% и предпочтительно от 60 до 70 мас.%. Концентрация мочевины в растворе, выходящем из концентратора (CONC) через линию(u), составляет от 72 до 90 мас.% и предпочтительно от 74 до 85 мас.%. В системе извлечения после адиабатического расширения раствор мочевины вводят в трубное пространство нагревателя (HEAT) через линию (r). Концентрация мочевины в растворе, выходящем из нагревателя (HEAT) через линию (n), составляет от 60 до 65 мас.%. Высвобожденные аммиак и диоксид углерода отделяются от раствора в газожидкостном сепараторе (SEP), откуда затем пар выходит через линию (p) и конденсируется в конденсаторе (LPCC). В эту систему извлечения и предпочтительно в конденсатор (LPCC) небольшую порцию диоксида углерода вводят через линию (v), чтобы регулировать молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в образованном конденсированном карбамате. Молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в указанном полученном карбамате в линии (w) составляет от 1,9 до 4 моль/моль и предпочтительно от 2,1 до 3,5 моль/моль. Этот полученный карбамат поднимается через линию (w) в межтрубное пространство указанного концентратора (CONC), откуда затем полученный карбамат в межтрубном пространстве указанного концентратора перекачивают через линию (i) в конденсатор (НРСС) в секции синтеза. Концентрация воды в этом карбамате составляет от 19 до 40 мас.% и предпочтительно от 20 до 35 мас.%. Чтобы регулировать это содержание воды в полученном карбамате, воду вводят в конденсатор (LPCC) в секции извлечения или в межтрубное пространство концентратора (CONC). Неконденсированный пар в межтрубном пространстве концентратора (CONC) перекачивают через линию (х) в конденсатор (LPCC) в системе извлечения, где оставшиеся аммиак и диоксид углерода конденсируются под действием охлаждающей воды. Инертный пар, содержащий небольшие количества аммиака и диоксид углерода, выходит из конденсатора (LPCC) через линию (q) и далее обрабатывается в последующем технологическом процессе установки перед выпуском в атмосферу. Потребляемая энергия, поступающая в установку для производства мочевины через стриппер(STRIP) через линию (с) в синтезе, снижается за счет настоящего изобретения до 740-820 кг на 1 т мочевины, произведенной в качестве продукта. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ производства мочевины, в котором водный раствор мочевины, выходящий из зоны реакции мочевины, направляют в стриппер, где часть непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора мочевины и этот раствор выходит из стриппера в первую секцию извлечения из одной или более последовательных секций извлечения, в которых непрореагировавший аммиак и диоксид углерода в растворе мочевины отделяют от водного раствора мочевины, и затем его направляют в одну или более секций концентрирования мочевины, где выходящий из стриппера раствор мочевины подвергают адиабатическому расширению, образуя в результате пар и жидкость, которые разделяют, прежде чем жидкость поступает в первую секцию извлечения, и пар конденсируется, и в котором тепло, выделяющееся при конденсации пара в результате указанного расширения, используют в целях нагревания в последующем технологическом процессе. 2. Способ по п.1, в котором первая секция извлечения работает при давлении от 0,1 до 1 МПа,предпочтительно от 0,2 до 0,6 МПа. 3. Способ по п.1 или 2, в котором адиабатическое расширение приводит к падению давления по меньшей мере на 0,5 МПа и предпочтительно по меньшей мере на 1 МПа. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором давление пара после адиабатического расширения составляет по меньшей мере на 0,2 МПа и предпочтительно на 0,3 МПа больше, чем давление в первой системе извлечения. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором тепло, выделяемое во время конденсации пара, используют для концентрирования раствора мочевины в одной или более секций концентрирования мочевины. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором тепло, выделяющееся при конденсации пара, образующегося на стадии адиабатического расширения, используют для нагревания раствора мочевины в одной или более последующих секций извлечения мочевины. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором тепло, выделяющееся при указанной конденсации пара, используют для осуществления операций, выбираемых из группы, состоящей из нагревания в одной последующей секции извлечения, в ряду последующих секций извлечения, концентрирова-7 024085 ния раствора мочевины в одной из секций концентрирования мочевины, концентрирования раствора мочевины во множество секций концентрирования мочевины и их сочетаний. 8. Установка для производства мочевины, включающая стриппер и первую секцию извлечения,предназначенную для отделения непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода в растворе мочевины от водного раствора мочевины, в которой между стриппером и первой секцией извлечения установлены клапан адиабатического расширения, предназначенный для того, чтобы подвергать выходящий из стриппера раствор мочевины адиабатическому расширению, и газожидкостной сепаратор, предназначенный для отделения пара от жидкости, образующихся в результате адиабатического расширения, и в которой газоотводная труба газожидкостного сепаратора соединена, посредством газопровода, с конденсатором, установленным в секции извлечения и предназначенным для конденсации пара и выделения тепла конденсации. 9. Способ изготовления установки, предназначенной для производства мочевины, отличающийся тем, что в установке для производства мочевины, включающей в себя секцию синтеза, содержащую стриппер, и первую секцию извлечения, включающую конденсатор, выполняют монтаж клапана адиабатического расширения между стриппером и первой секцией извлечения, где клапан адиабатического расширения предназначен для того, чтобы подвергать выходящий из стриппера раствор мочевины адиабатическому расширению, и газожидкостного сепаратора, предназначенного для отделения пара от жидкости, образующихся в результате адиабатического расширения, и присоединение газоотводной трубы газожидкостного сепаратора, посредством газопровода, к конденсатору, установленному в секции извлечения и предназначенному для конденсации пара и выделения тепла конденсации.
МПК / Метки
МПК: C07C 273/04
Метки: мочевины, производства, способ, установка
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-24085-sposob-i-ustanovka-dlya-proizvodstva-mocheviny.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и установка для производства мочевины</a>
Предыдущий патент: Вводимые перорально кортикостероидные композиции
Следующий патент: Элемент защиты, способ и устройство для его изготовления
Случайный патент: Моноклональное антитело человека к ctla-4 и способы его применения