Способ получения мочевины

011376 Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода на установке синтеза мочевины, в которую входят секция синтеза высокого давления и секция рекуперации низкого давления, причем секция синтеза высокого давления включает реактор, отпарной аппарат и конденсатор. Установки синтеза мочевины проектируют на определенную производительность. Производительность существующей установки синтеза мочевины можно повысить, как правило, лишь в ограниченной степени путем увеличения количеств исходных материалов и увеличения скорости пропускания технологических потоков. Если желательно повысить производительность установки путем увеличения скорости пропускания технологических потоков, следует убедиться в том, что высокая эффективность за счет увеличения скорости технологических потоков достигается на разных стадиях процесса. Это, в частности, относится к тем стадиям процесса, которые выполняются в той части установки синтеза мочевины,где имеет место высокое давление. Часть установки синтеза мочевины с высоким давлением состоит из реактора, в котором получают реакционный раствор синтеза мочевины, отпарного аппарата, в котором реакционный раствор синтеза мочевины подвергается отпарке в противотоке с одним из исходных материалов и/или теплом, и конденсатора, в котором из синтез-газа удаляются аммиак и диоксид углерода. Узкими местами при повышении производительности в названной части установки с высоким давлением могут быть, в частности, операция отпарки реакционного раствора синтеза мочевины в отпарном аппарате и конденсация в конденсаторе газов, получаемых в операции отпарки. Причиной этого является чрезмерное заполнение жидкостью отпарной зоны и существенная утрата эффекта отпарки, одной из причин чего является захлебывание. Захлебывание означает, что пленка жидкости внутри труб в отпарном аппарате разрушается и часть жидкости захватывается выходящим потоком газа. Это сильно снижает эффективность отпарки. Увеличение количеств исходных материалов мало влияет на производительность реактора. Меньшее время пребывания из-за более высокой скорости пропускания, безусловно,приводит к тому, что содержание карбамата аммония в растворе синтеза мочевины несколько повышается, в результате чего для разложения карбамата аммония в отпарном аппарате требуется большее количество водяного пара. Таким образом, лимитирующим фактором является, скорее, не реактор, а отпарной аппарат. При увеличенной подаче газовой смеси должна также оставаться возможность того, чтобы тепло,выделяющееся при конденсации в отпарном аппарате газовой смеси, образующейся во время операции отпарки, превращалось в пригодный для использования пар путем использования имеющегося теплообменного пространства. Под пригодным для использования паром подразумевается насыщенный водяной пар, находящийся под давлением достаточно высоким для его использования в секции или секциях рекуперации и концентрирования установки синтеза мочевины. Однако установлено, что увеличенная вследствие повышения производительности подача газа, который должен быть сконденсирован, приводит к слишком низкому давлению водяного пара и по этой причине водяной пар более не может быть использован для упомянутых выше целей в процессе синтеза мочевины. Названные выше узкие места и являются причиной того, что увеличение производительности существующей установки без модифицирования или замены дорогостоящего оборудования для работы под высоким давлением возможно лишь в ограниченных пределах. В NL-A-8900152 и WO 02/090323 раскрываются способы получения мочевины, в которых возможно повышение производительности установки синтеза мочевины, работающей по принципу способа отпарки,без необходимости изменений части установки синтеза мочевины, работающей при высоком давлении. Это достигается путем получения мочевины в соответствии со способом, в котором реакционный раствор синтеза мочевины образуется из диоксида углерода и аммиака в реакторе и часть реакционного раствора синтеза мочевины переносится в зону обработки среднего давления. В этой зоне обработки среднего давления реакционный раствор синтеза мочевины вступает в контакт с некоторым количеством диоксида углерода. Затем образовавшаяся в этой зоне обработки среднего давления газовая смесь конденсируется при среднем давлении в зоне конденсации среднего давления. В NL-A-8900152 остаточный реакционный раствор синтеза мочевины, выходящий из зоны обработки среднего давления, переносится в секцию рекуперации низкого давления, в которой все еще присутствующий карбамат аммония, в основном, разлагается и образующаяся газовая смесь отделяется. В WO 02/090323 остаточный реакционный раствор синтеза мочевины переносится в скруббер высокого давления. Недостатком названных способов является то, что для достижения повышения производительности установки синтеза мочевины на 25-40% вводимая секция среднего давления должна быть довольно большой. В обоих случаях секция среднего давления включает диссоциатор, отпарной аппарат и конденсатор. Целью настоящего изобретения является достижение повышения производительности установки синтеза мочевины без изменения части установки синтеза мочевины, работающей при высоком давлении, и с более простой конструкцией секции среднего давления. Неожиданным образом была обнаружена возможность повышения производительности установки синтеза мочевины без необходимости в каких-либо изменениях в секции высокого давления установки-1 011376 синтеза мочевины при наличии секции среднего давления, включающей только один или два элемента оборудования. Изобретение отличается тем, что газы, выходящие из секции синтеза высокого давления, конденсируются в конденсаторе среднего давления при 0,5-12 МПа, в который подается также карбаматный поток из одной из секций рекуперации, после чего по крайней мере часть образовавшегося конденсата подается в конденсатор высокого давления. Этим обеспечивается то, что конденсационная способность установки синтеза мочевины повышается без необходимости увеличения размера конденсатора высокого давления, в результате чего может быть достигнуто повышение производительности на 20-40%. Вторым преимуществом является то, что благодаря использованию карбамата из одной из секций рекуперации во время конденсации при среднем давлении в секцию высокого давления не подводится дополнительной воды и вследствие этого конверсия мочевины в реакторе сопоставима с конверсией в реакторе до повышения производительности. Третьим преимуществом является то, что, поскольку секция среднего давления включает только конденсатор среднего давления, необходимые для повышения производительности установки синтеза мочевины инвестиции являются низкими. Четвертым преимуществом является то, что установка конденсатора среднего давления создает возможность регулирования давления пара в водяном паре низкого давления, образующемся в конденсаторе высокого давления, до любого желаемого уровня. Это важно потому, что для того, чтобы иметь возможность использовать этот пар в секции(ях) низкого давления установки синтеза мочевины, необходимо некоторое минимальное давление водяного пара. Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода на установке синтеза мочевины, в которую входят секция синтеза высокого давления и одна или более секций рекуперации, работающих при низком давлении. Секция высокого давления обычно работает при давлении от 12 до 40 МПа. Установка синтеза мочевины обычно включает, в любом случае, одну секцию рекуперации, работающую при низком давлении, которое составляет от 0,1 до 0,4 МПа. В некоторых воплощениях установка синтеза мочевины может также включать секцию рекуперации среднего давления,работающую при давления от 0,5 до 4 МПа. Секция синтеза высокого давления включает реактор, отпарной аппарат, конденсатор и, не обязательно, скруббер. Скруббер высокого давления имеется, например, в тех случаях, когда получение мочевины проводится в соответствии со способом отпарки СО 2 или способа ACES21. Мочевина может быть получена введением избытка аммиака вместе с диоксидом углерода в реактор при высоком давлении и повышенной температуре (например 160-250 С), в результате чего вначале образуется карбамат аммония согласно реакции Дегидратация образовавшегося карбамата аммония приводит к образованию мочевины согласно уравнению реакции Теоретическая максимальная конверсия аммиака и оксида углерода в мочевину определяется термодинамическим положением равновесия и зависит, например, от отношения NH3/CO2 (отношения N/C),отношения Н 2 О/СО 2 (отношения Н/С) и температуры. Из приведенных выше уравнений реакции можно сделать вывод, что применение в реакторе избытка воды отрицательно влияет на теоретическую максимальную конверсию. Реактор может состоять из отдельных зон для образования карбамата аммония и мочевины. Эти зоны могут быть объединены в одном аппарате. Синтез может проводиться в одном или двух реакторах. Если используются два реактора, первый реактор может, например, работать с использованием, практически, свежего сырья, а второй реактор с использованием сырья, получаемого полностью или частично на другой стадии процесса и рециркулирующего в реактор. Превращение карбамата аммония в реакторе в мочевину и воду может проводиться при обеспечении достаточно долгого времени пребывания реакционной смеси в этой зоне. Обычно время пребывания должно быть больше 10 мин, предпочтительно больше 20 мин. Обычно желательно, чтобы время пребывания было меньше 3 ч и предпочтительно меньше 1 ч. В процессе превращения аммиака и диоксида углерода в мочевину в реакторе в качестве продукта реакции получают реакционный раствор синтеза мочевины, который, в основном, состоит из мочевины,воды, карбамата аммония и несвязанного аммиака. Кроме реакционного раствора синтеза мочевины в реакторе может также образоваться газовая смесь неконвертированных аммиака и диоксида углерода с инертными газами, так называемыйсинтез-газ. Содержащиеся в синтез-газе инертные газы, как правило,поступают из подаваемого в установку воздуха с целью повышения коррозионной стойкости установки. Перед выпуском синтез-газа в атмосферу из него могут быть удалены в скруббере аммиак и диоксид углерода. Аммиак и диоксид углерода преимущественно возвращают в реактор через конденсатор высокого давления. Реакционный раствор синтеза мочевины направляется в отпарной аппарат, где он отпаривается в противотоке с одним из исходных материалов (СО 2 или NH3) и/или теплом. В конденсаторе газы,-2 011376 выделяющиеся в отпарном аппарате, затем конденсируются в карбаматный поток из скруббера и возвращаются в реактор, возможно с помощью эжектора. В качестве конденсатора может быть использован конденсатор с падающей пленкой или погружной конденсатор, как описано в NL-A-8400839. Погружной конденсатор можно располагать горизонтально или вертикально. Можно также использовать так называемый комбинированный реактор, в котором объединены функции реактора и конденсатора. Согласно изобретению газы, выходящие из секции синтеза высокого давления, конденсируются в конденсаторе среднего давления при давлении от 0,5 до 12 МПа. Предпочтительное давление в конденсаторе среднего давления составляет от 1 до 7 МПа. Газы, выходящие из секции синтеза высокого давления, могут поступать из реактора и/или отпарного аппарата. В конденсатор среднего давления вводится также карбаматный поток. Карбаматный поток поступает из секции рекуперации среднего давления или из секции рекуперации низкого давления установки синтеза мочевины. Желательно, чтобы давление в карбаматном потоке, поступающем из секции рекуперации, было ниже давления в конденсаторе среднего давления, благодаря чему этот карбамат обладал определенной способностью абсорбировать аммиак и диоксид углерода. Эта абсорбционная способность повышается в том случае, когда карбамат поступает из зоны с более низким давлением. По этой причине карбаматный поток преимущественно поступает из секции рекуперации низкого давления. В конденсаторе среднего давления аммиак и диоксид углерода, все еще содержащиеся в выходящих газах из секции синтеза высокого давления, конденсируются, и затем по крайней мере часть образовавшегося конденсата подается в конденсатор высокого давления. Часть образовавшегося конденсата может также возвращаться в реактор высокого давления. Предпочтительно, чтобы образующийся конденсат полностью подавался в конденсатор высокого давления. Если секция синтеза высокого давления включает скруббер, по крайней мере часть газов выходит из секции синтеза высокого давления через скруббер высокого давления. Эти газы могут конденсироваться в конденсаторе среднего давления. Если секция синтеза высокого давления включает скруббер, по крайней мере часть образующегося конденсата подается в скруббер высокого давления и оттуда в конденсатор высокого давления. Образующийся конденсат может также частично возвращаться в конденсатор высокого давления и/или в реактор высокого давления. Предпочтительно, чтобы образующийся конденсат полностью подавался в скруббер высокого давления. Карбамат в образующемся конденсате может выкристаллизовываться. Это зависит, например, от давления, температуры и количества воды в карбаматном потоке. Таким образом, предпочтительно, чтобы температура в конденсаторе среднего давления составляла от 70 до 140 С и более предпочтительно от 80 до 115 С. Установка синтеза мочевины преимущественно включает секцию синтеза высокого давления и секцию рекуперации низкого давления. Для дополнительного удаления аммиака и диоксида углерода из потока отходящего газа можно также осуществлять абсорбцию газового потока, выходящего из конденсатора среднего давления, в скруббере среднего давления. Если используется скруббер среднего давления, карбаматный поток подается не в конденсатор среднего давления, а в скруббер среднего давления. Образовавшийся конденсат выгружается после этого в конденсатор среднего давления, где он далее выполняет роль растворителя для аммиака и диоксида углерода. Если скруббер среднего давления работает при, практически, таком же давлении, как и конденсатор среднего давления, то карбаматный поток может самотеком перетекать от скруббера среднего давления к конденсатору среднего давления. Если же скруббер среднего давления работает при давлении более низком, чем давление в конденсаторе среднего давления, то для транспортировки карбаматного потока от скруббера среднего давления к конденсатору среднего давления потребуется насос. Изобретение относится также к установке синтеза мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления и одну или более секций рекуперации, где секция синтеза высокого давления включает реактор, отпарной аппарат и конденсатор, причем установка синтеза мочевины включает конденсатор среднего давления, который соединен с газовым выходом секции синтеза высокого давления. Если секция синтеза высокого давления установки синтеза мочевины включает также скруббер,конденсатор среднего давления может быть соединен с газовым выходом скруббера высокого давления. Конденсатор высокого давления может быть также соединен с газовым выходом отпарного аппарата. Установка синтеза мочевины может также включать скруббер среднего давления, соединенный с газовым выходом конденсатора среднего давления. Изобретение относится, кроме того, к способу оптимизации установки синтеза мочевины, которая включает секцию синтеза высокого давления и одну или более секций рекуперации, где секция синтеза высокого давления включает реактор, отпарной аппарат, конденсатор и, возможно, скруббер, причем в установку синтеза мочевины вводится конденсатор среднего давления, в котором конденсируются газы,выходящие из секции синтеза высокого давления, и повышается производительность отпарного аппарата высокого давления. Производительность отпарного аппарата высокого давления можно повысить, например, путем установки дополнительного отпарного аппарата или увеличением существующего отпарного аппарата.-3 011376 При оптимизации может быть также дополнительно установлен скруббер среднего давления, в котором абсорбируются газы, выходящие из конденсатора среднего давления. Ниже изобретение иллюстрируется примерами, которые, однако, не ограничивают изобретения. На фиг. 1 показан в виде блоков процесс синтеза мочевины согласно существующему уровню техники (CO2-отпарной способ Stamicarbon). Реакционный раствор синтеза мочевины подается из реактора высокого давления (R) в отпарной аппарат высокого давления (ST). Кроме того, в отпарной аппарат высокого давления подается диоксид углерода (g). В отпарном аппарате неконвертированный карбамат диссоциирует под действием тепла и диоксида углерода, действующего в качестве газа-вытеснителя, в результате чего образуются мочевина и газообразный диоксид углерода. Подаваемый диоксид углерода содержит воздух, необходимый для защиты материалов в секции синтеза высокого давления от коррозии. Отпаренный раствор мочевины (U) транспортируется к последующей секции рекуперации низкого давления, где производится дополнительная очистка. Отходящие газы из отпарного аппарата высокого давления направляются в конденсатор высокого давления (НРСС) вместе с аммиачным сырьем через эжектор высокого давления (Е). В конденсаторе высокого давления происходит экзотермическая карбаматная реакция аммиака и диоксида углерода, в результате которой образуется карбамат аммония. Выделяющееся в этой реакции тепло используется для генерирования насыщенного водяного пара при давлении от 0,4 до 0,5 МПа. Давление в секции синтеза высокого давления регулируется степенью конденсации, происходящей в конденсаторе высокого давления. Образовавшийся карбамат и непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода направляются в реактор высокого давления (R), где происходит эндотермическая мочевинная реакция. Поток отходящего газа из реактора высокого давления поступает в скруббер высокого давления (SC), где наибольшая часть аммиака и диоксида углерода, все еще присутствующих в отходящем газе, конденсируется с помощью холодной воды. Карбаматный поток, образующийся в секции рекуперации низкого давления (LP), вводится в этот скруббер высокого давления в качестве растворителя и/или абсорбента с целью очистки инертного потока от аммиака и диоксида углерода. В находящемся дальше по ходу процесса абсорбере (А), работающем при значительно более низком давлении,чем давление синтеза, происходит дополнительная очистка названных инертных газов. Как правило, в качестве абсорбентов в этом абсорбере используется аммиачная вода или конденсат водяного пара. Карбамат, образующийся в скруббере высокого давления, засасывается эжектором высокого давления (Е) и переносится к карбаматному конденсатору высокого давления вместе с аммиачным сырьем. На фиг. 2 представлен процесс получения мочевины согласно изобретению. Здесь также выходящий из реактора (R) реакционный раствор синтеза мочевины подается в отпарной аппарат высокого давления (ST). Аналогичным описанному на фиг. 1 образом реакционный раствор синтеза мочевины в отпарном аппарате высокого давления очищается от неконвертированного карбамата. Отходящие газы из отпарного аппарата высокого давления подаются в конденсатор высокого давления (НРСС), где происходит экзотермическая карбаматная реакция. В отличие от процесса на фиг. 1, давление образующегося насыщенного пара теперь регулируется на уровне от 0,35 до 0,55 МПа. Образующийся карбамат вместе с непрореагировавшими аммиаком и диоксидом углерода направляются в реактор высокого давления (R),где они превращаются в мочевину. Отходящий газ из реактора высокого давления, содержащий больше аммиака и диоксида углерода,чем в процессе существующего уровня технике согласно фиг. 1, подается в скруббер высокого давления(SC). В скруббере аммиак и диоксид углерода конденсируются с помощью холодной воды. Отходящие газы из скруббера высокого давления направляются к дополнительно установленному конденсатору среднего давления (МРС). В этом процессе давление в секции синтеза высокого давления регулируется увеличением или уменьшением потока отходящего газа из скруббера высокого давления за счет прохождения его через конденсатор среднего давления. В конденсаторе среднего давления аммиак и диоксид углерода в инертном потоке конденсируются, и выделяющееся тепло передается охлаждающей воде. Образующийся в секции рекуперации низкого давления (LP) карбаматный поток используется в качестве растворителя и/или абсорбента. Образующийся в конденсаторе среднего давления конденсат перекачивается в скруббер высокого давления (SC). Образующийся карбамат используется в качестве растворителя и/или абсорбента в скруббере высокого давления. Инертный поток, выходящий из конденсатора среднего давления, очищается в абсорбере (А) так же, как и на фиг. 1. Образующийся в скруббере высокого давления карбамат засасывается эжектором высокого давления (Е) и переносится в конденсатор карбамата высокого давления (НРСС) вместе с аммиачным сырьем. На фиг. 3 также представлен процесс получения мочевины согласно изобретению. Реакционный раствор синтеза мочевины, выходящий из реактора (R), подается в отпарной аппарат высокого давления(ST). Аналогично тому, как описывается для фиг. 1, реакционный раствор синтеза мочевины в отпарном аппарате высокого давления очищается от неконвертированного карбамата. Отходящие газы из этого отпарного аппарата высокого давления частично подаются в конденсатор высокого давления (НРСС) и частично в дополнительно установленный конденсатор среднего давления (МРС). В отличие от процесса согласно фиг. 1, давление образующегося в НРСС насыщенного пара теперь регулируется на уровне от 0,35 до 0,55 МПа. Образующийся карбамат вместе с непрореагировавшими аммиаком и диоксидом углерода направляются в реактор высокого давления (R) с целью превращения в мочевину. Отходящий газ из-4 011376 реактора высокого давления, содержащий больше аммиака и диоксида углерода, чем в описанном на фиг. 1 процессе существующего уровня техники, подается в скруббер высокого давления (SC). В этом скруббере аммиак и диоксид углерода конденсируются с помощью холодной воды. В этом процессе давление в секции синтеза высокого давления регулируется увеличением или уменьшением потока отходящего газа из отпарного аппарата высокого давления за счет его прохождения через конденсатор среднего давления. В конденсаторе среднего давления аммиак и диоксид углерода конденсируются, и выделяющееся тепло передается охлаждающей воде. Образующийся в секции рекуперации низкого давления (LP) карбаматный поток используется в качестве растворителя и/или абсорбента. Образующийся в конденсаторе среднего давления конденсат перекачивается частично в скруббер высокого давления (SC) и частично в конденсатор высокого давления (НРСС). Этот образующийся карбамат используется в качестве растворителя и/или абсорбента в скруббере высокого давления. Отходящие газы из скруббера высокого давления очищаются в абсорбере (А), работающем так же, как и абсорбер согласно фиг. 1. Образующийся в скруббере высокого давления карбамат засасывается эжектором высокого давления (Е) и переносится в конденсатор карбамата высокого давления (НРСС) вместе с аммиачным сырьем. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода на установке для синтеза мочевины, в которую входят секция высокого давления и одна или более секций рекуперации, работающих при низком давлении, где секция синтеза высокого давления включает реактор, отпарной аппарат, конденсатор и скруббер, отличающийся тем, что газы, выходящие из секции синтеза высокого давления, конденсируют в конденсаторе среднего давления при 0,5-12 МПа, в который подают также карбаматный поток из одной из секций рекуперации, после чего по меньшей мере часть образовавшегося конденсата подают в скруббер высокого давления и оттуда в конденсатор высокого давления. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образующийся конденсат также частично возвращают в конденсатор высокого давления и/или в реактор высокого давления. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что образующийся конденсат полностью подают в скруббер высокого давления. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что температура в конденсаторе среднего давления составляет от 70 до 140 С. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что карбамат, подаваемый в конденсатор среднего давления, поступает из секции рекуперации низкого давления установки синтеза мочевины. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что установка синтеза мочевины включает секцию синтеза высокого давления и секцию рекуперации низкого давления. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что газовый поток, выходящий из конденсатора среднего давления, конденсируют в скруббере среднего давления при давлении 0,5-12 МПа, в который подают также карбаматный поток из одной из секций рекуперации установки синтеза мочевины, после чего по меньшей мере часть образовавшегося конденсата подают в конденсатор среднего давления. 8. Установка синтеза мочевины, в которую входят секция синтеза высокого давления и одна или более секций рекуперации, где секция синтеза высокого давления включает реактор, отпарной аппарат,конденсатор и скруббер, отличающаяся тем, что установка синтеза мочевины включает конденсатор среднего давления, который соединен с газовым выходом секции синтеза высокого давления. 9. Установка синтеза мочевины по п.8, отличающаяся тем, что конденсатор среднего давления соединен с газовым выходом скруббера высокого давления. 10. Установка синтеза мочевины по п.8 или 9, отличающаяся тем, что установка также включает скруббер среднего давления, который соединен с газовым выходом конденсатора среднего давления. 11. Установка синтеза мочевины, содержащая секцию высокого давления и одну или более секций рекуперации, где секция синтеза высокого давления включает реактор, отпарной аппарат, конденсатор и скруббер, отличающаяся тем, что установка синтеза мочевины дополнительно включает конденсатор среднего давления для конденсации газов, выходящих из секции синтеза высокого давления, и отпарной аппарат секции высокого давления является отпарным аппаратом повышенной производительности. 12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что для повышения производительности отпарного аппарата секции высокого давления установка снабжена дополнительным отпарным аппаратом. 13. Установка по п.11 или 12, отличающаяся тем, что дополнительно включает скруббер среднего давления для абсорбции газов из конденсатора среднего давления.