Способ получения мочевины

Известный процесс получения мочевины является процессом, при котором аммиак и углекислый газ подают в реактор с повышенным давлением для создания реакционной смеси,содержащей карбамат аммония, аммиак, воду и мочевину. Затем реакционную смесь удаляют из реактора и подают в секцию снижения давления, где давление понижается либо одноступенчато, либо многоступенчато, и подводят тепло для выделения газообразного аммиака и карбамата аммония из реактивной смеси для образования жидкой смеси. Газообразньцй аммиак и карбамат аммония после выделения конденсируют и разделяют для получения аммиака и водного аммиачного раствора карбамата аммония и используют вторично при образовании мочевинной смеси, из которой получают мочеВИНУ В ССКЦИИ ВЬЩСЛСНИЯ МОЧСВИНЬТ.(Кирк-Отмер, Энциклопедия химической технологии, третье издание, т. 23, с. 553-556). В этом источнике такой процесс описан как "процесс рециркуляции раствора". Примерами такого процесса согласно этому источнику являются так называемый усовершенствованный процесс полной рециркуляции Митсуи-Тоатсу, процесс ПОЛУЧСНИЯ МОЧСВИНЬТ МОНТЗДИСОНЗ И процесс тепловой рециркуляции ПТ 1. Этот процесс поЛУЧСНИЯ МОЧСВРШЬТ характеризуется ТСМ, ЧТО аммиак и углекислый газ подают непосредственно в реактор. Этот процесс характеризуется,Кроме того, тем, что избыток аммиака И Карбамат ЗММОНИЯ ОТДСЛШОТСЯ ОТ МОЧСВРШЬТ ПуТСМ ПОНИЪКСНИЯ ДЗВЛСНИЯ ПрИ ОДНОВрСМСННОЙ подаче тепла. Это противоположно так называемым процессам удаления газа при высоком давлении,например, процессу удаления СО; Стамикарбон и процессу удаления МНЗ Стампрогретти, при которых карбамат аммония выделяют из реакционной смеси путем удаления с помощью аммиака, углекислого газа или различных газов(ПРИ ПОЧТИ ТОМ же ДЗВЛСНИИ, ЧТО И ДЗВЛСНИС В реакторе для получения мочевины), после чего газовую смесь конденсируют и возвращают в зону реакции.Известный специалистам способ для сущеСТВСННОГО ПОВЬТШСНИЯ ПрОИЗВОДИТСЛЬНОСТИ такого "процесса рециркуляции раствора" состоит в замене оборудования, образующего узкое место в процессе, более крупным оборудованием. Примерами оборудования для замены являются реактор для получения мочевины (К) и ступень промежуточного давления (первая ступень) секции снижения давления (ЗС). При смене этого оборудования более крупным оборудованием часто необходимо заменить или добавить дорогостоящие насосы высокого давления для аммиака и карбамата аммония.Недостатком указанного выше способа является то, что он требует очень больших затрат. Это обуславливается частично высокими инве 000354стиционными затратами на замену реактора для получения мочевины, оборудования для ступени промежуточного давления и на связанную с этим замену насосов высокого давления.Целью настоящего изобретения является создание способа существенного увеличения производительности существующего "процесса рециркуляции раствора" для получения мочевины, при устранении или сокращении необходимости замены дорогостоящего оборудования.Эта цель достигается с помощью следующих модификаций:(5) для удаления карбамата аммония из реакционной смеси (М 1) с помощью углекислого газа или тепла без существенного снижения давления ниже давления (Р) реактора (К), что приводит к образованию газовой смеси (61)и жидкой смеси (М 4), при этом жидкую смесь (М 4) затем подают в секцию снижения давления (ЗС);(П) добавлением конденсатора (С), в которьш подают газовую смесь (61), аммиак и по выбору углекислый газ, в котором газовую смесь (61) конденсируют без снижения, по существу, давления ниже давления (Р) реактора(К) для образования жидкой смеси (М 5), содержащей мочевину, воду и карбамат аммония, при этом содержание мочевины составляет, по меньшей мере, 30% от равновесного количества МОЧСВИНЫ, КОТОрУЮ МОЖНО ПОЛУЧИТЬ В УСЛОВИЯХ конденсации, в газовой смеси (62), при этом жидкую смесь (М 5) возвращают на дно реактора(Ш) добавлением газоочистителя (ЗСК), в котором газовую смесь (62) приводят в контакт с водно-аммиачным раствором (М 3) карбамата аммония для образования жидкой смеси (М 6),которую затем подают в конденсатор (С), и очищенной газовой смеси (63).Установлено, что при применении способа согласно изобретению можно увеличить произВОДИТСЛЬНОСТЬ ПОЛУЧСНИЯ МОЧСВИНЫ ПрИ ИСпользовании того же реактора (К). Другим преимуществом является то, что при определенных условиях нет необходимости в замене первой ступени промежуточного давления существующей усгановки. В предпочтительном варианте выполнения изобретения нет также необходимости замены существующих насосов высокого давления для аммиака и для карбамата аммония. Установлено, что за счет применения изобретеНИЯ, МОЖНО УТрОИТЬ ВЫХОД МОЧСВИНЫ СУЩССТвующего процесса получения мочевины.ВБКНЫМ ДОПОЛНИТСЛЬНЪ 1 М ПрСИМУЩССТВОМ является то, что количество пара на одну тошу ПОЛУЧЗСМОЙ МОЧСВИНЫ МСНЬШС, ЧСМ В СУЩССТвующем процессе. Установлено, что расход энергрш может быть сокращен на, по меньшей мере, 500 кг пара высокого давления на одну ТОННУ МОЧСВРШЫ.Процессами, производительность мочевиНЪ 1 КОТОрЫХ МОЖСТ бЫТЬ ПОВЬТШСНЗ С ПОМОЩЬЮнастоящего изобретения, являются, например,указанный выше усовершенствованный процесс полной рециркуляции Митсуи-Тоатсу, процесс получения мочевины Монтэдисона, процесс рециркуляции тепла ПТ 1, обычный процесс Стамикарбон и процесс Хемико.Эти процессы (схематически изображенные на фиг.1, в которой используются следующие обозначения) характеризуются:(а) зоной реакции, в которой аммиак и углекислый газ подают в реактор (К) с давлением 18-30 МПа и температурой 180-220 С;(Ь) секцией снижения давления (ЗС), состоящей обычно из двух или более ступеней, в которых снижают давление с одновременной подачей тепла (пара), которая может содержать ступень промежуточного давления, в которой давление снижают до 1,5-8,0 МПа и ступень низкого давления снижают до 0,2-1,0 МПа, при этом полученная газовая смесь постепенно конденсируется с образованием водного раствора(М 3) карбамата аммония и потока жидкого аммиака (М 3'), который возвращают в реактор для получения мочевины (К); и(с) секцией выделения мочевины (П), в которой выделяют мочевину, отделяют воду и получают карбамат аммония, при этом карбамат аммония (М 3) возвращают в зону реакции (по выбору через конденсаторы секции снижения давления (ЗС).Секция выделения мочевины (П) может иметь различную конструкцию в зависимости от различных вариантов реализации "процессов рециркуляции раствора". Ссылка делается на указанную выше энциклопедию. Однако было установлено, что преимущества настоящего изобретения не зависят от используемой конструкции секцтш выделения мочевины (П).Пример процесса получения мочевины,модифицированного согласно настоящему изобретению, схематически изображен на фиг.2, на котором использованы указанные ниже обозначения. Для упрощения на фиг.2 не показаны потоки пара.Разделительная колонна (5) и способ ее действия обычно известны специалистам и отшсанЬ 1, например, в П 5-А-3356723 применительно к углекислому газу. Здесь используют "тепловое удаление" для описания теплового разложения карбамата аммония и удаления углекислого газа и аммиака, образованного из раствора(М 1). Тепловое удаление содержится, например,в процессе удаления МНЗ Снампрогетти, отшсанном на с. 559-562 указанной выше энциклопедии. Однако предпочтительно использовать углекислый газ в качестве удаляющего газа для достижения большей эффективности удаления. Удаляющая колонна снабжена средствами для подвода тепла. Обычно, удаляющая колонна ВЫПОЛНСНЗ В ВИДС вертикальной КОЛОННЫ, СОдержащей вертикальные трубы, в которых происходит процесс удаления, при этом трубы на 000354гревают паром со стороны оболочки. Этот пар ИМССТ, предпочтительно, давление, равное 1,54,0 МПа. Удаляющий газ подают в нижнюю часть разделительной колонны и реактора, реактивную смесь (М 1) подают в верхнюю часть. Газовую смесь (61) выделяют в верхней части разделительной колонны (5). Выделенная газовая смесь состоит, в основном, из аммиака и углекислого газа. На дне разделительной колонны (5) выделяют смесь (М 4), которая содержит,в основном, мочевину, воду и остаточное количество карбамата аммония.Давление, при котором происходит процесс удаления, почти равно давлению в реакторе (Е) для получения мочевины. Это давление может слегка отклоняться в зависимости от вертикального расположения используемого в процессе оборудования. Если в качестве удаляющего газа используют углекислый газ, то разница давления будет составлять, например, менее 0,3 МПа.Газовую смесь (61) конденсируют в конденсаторе (С), в результате чего образуется карбамат аммония. Водный аммиачный раствор(М 6) подают в конденсатор совместно с аммиаком. При обеспечении времени пребывания в конденсаторе, равном, обычно, 10-30 мин.,можно образовывать, по меньшей мере, 30% и предпочтительно 50-80% равновесного количеСТЕН МОЧСВИНЪД КОТОрОС МОЖНО ПОЛУЧИТЬ В УСловиях конденсации. Установлено, что так называемое соотношение М/С является важным ДЛЯ ПОЛУЧСНИЯ ОПГИМЗЛЬНОГО ВЫХОДЯ МОЧСВИНЫ. Отношение М/С определяется формулой:где моли МН; равны свободному аммиаку плюс аммиак, связанный в карбамате аммония, а моли СО 2 равны свободному углекислому газу плюс углекислый газ, связанный в карбамате аммония. Соотношение М/С составляет предпочтительно 27-4,0 и более предпочтительно 2,8-3,5. Соотношение М/С можно регулировать подачей углекислого газа и аммиака. Если в качестве удаляющего газа используют углекислый газ, то подача углекислого газа равна или почти равна количеству углекислого газа, используемого в качестве удаляющего газа. Подача аммиака равна количеству аммиака, подаваемого в конденсатор.Конденсатор (С) выполнен предпочтительно в виде так называемого затопленного конденсатора, при этом газовую смесь, подлежащую конденсации, подают в область оболочки состоящего из оболочки и труб теплообменника, описанного, например, в МЬ-А-8400839. Уровень жидкости в теплоообменнике может быть установлен простым способом с помощьюперегородки перелива. Выделенное при растворении и конденсации тепло отдается посредством пропускания по трубам среды, например,воды, которую в процессе преобразуют в пар,или Жидкой смеси (М 4), полученной в разделительной колонне. Затопленный конденсатор может быть установлен горизонтально или вертикально.В частности, предпочтительно проводить конденсацию в горизонтально расположенном конденсаторе. Конденсатор располагают предпочтительно выше или на уровне вершины реактора (К) для получения мочевины. Это имеет то преимущество, что смесь (М 5), покидающую конденсатор (С), можно подавать в реактор (К) под действием силы тяжести.С помощью способа согласно изобретению можно повысить температуру в зоне конденсации на 5-10 С в зависимости от приложенного давления (Р) и количества создаваемой мочевины и воды. Таким образом, возможно с помощью, например, соответствующего выбора размеров области теплообмена создавать пар низкого давления в 0,5-1,0 МПа при давлении в конденсаторе, равном примерно 16 МПа. Возможно, конечно, получать пар с более типичным давлением в 0,3-О,5 МПа при использовании значительно меньшей области теплообмена.Аммиак и по выбору углекислый газ также добавляют в конденсатор (С). Углекислый газ добавляют при использовании теплового удаления в разделительной колонне. Предпочтительно подавать эти газы в конденсатор таким способом, чтобы обеспечить тщательное перемешивание с реакционной смесью. Газы подают предпочтительно в нижнюю часть реакционной смеси и по длине горизонтального конденсатора.Так как из-за условий равновесия нельзя конденсировать ВСС ГЗЗОВЫС КОМПОНСНТЫ В КОНденсаторе (С), то часть газовой смеси (62) необходимо отводить. Вместе с инертными газами эта газовая смесь содержит также углекислый газ и аммиак, которые оба возвращают предпочтительно в процесс. За счет приведения этой ГЗЗОВОЙ СМССИ В контакт С ВОДНЫМ аммиачным раствором карбамата аммония в газоочистителе(ЗСК) можно выделить определенное количество этих ценных газов. Жидкая смесь (М 6), которая поглотила часть аммиака и углекислого газа,покидает газоочиститель и ее подают в реакционную смесь конденсатора (С). Аммиак используют предпочтительно для привода эжектора(Е), так что он втягивает смесь (М 6). Полученную таким образом жидкую смесь (М 7) аммиака и карбамата аммония впоследствии подают в конденсатор (С) указанным выше способом. Установлено также, что предпочтительно устаНЗВЛИВЗТЬ ГЗЗООЧИСТИТСЛЬ ВНУТРИ напорного корпуса конденсатора. В результате условия для работы газоочистителя при повышенном давлении (Р) являются менее экстремальными, чтообеспечивает значительные стоимостные преимущества.Изобретение относится также к описанному выше конденсатору, в котором внутри напорной оболочки конденсатора расположен газоочиститель. Как показано на фиг.3 Ь, такой конденсатор выполнен в виде горизонтального затопленного конденсатора с газоочистителем(а), расположенным внутри напорной оболочки(Ь) конденсатора, при этом конденсатор снабжен средствами (с) для подачи пара в нижнюю часть оболочки конденсатора, средствами (а) для обеспечения достаточного уровня жидкости и времени пребывания ясидкосги в конденсаторе, средствами (е), обеспечивающими выход газа, РЗСПОЛОЖСННОГО ВЫШС УРОВНЯ ЯСИДКОСТИ, ИЗ конденсатора через газоочиститель, средствами(о, которые обеспечивают подачу жидкости в газоочиститель, и средствами (3) для отвода выходящей из газоочистителя жидкой смеси из конденсатора. Такой конденсатор (С) согласно изобретению схематично показан на фиг.3 а, в котором газоочиститель (ЗСК) размещен внутри напорного корпуса конденсатора. На фиг.3 а позицией (51) обозначен подвод воды в бойлер иСогласно настоящему изобретению нет необходимости в замене реактора (К) для получения мочевины. В соответствии с модифицированным расположением оборудования согласно настоящему изобретению необходимы некоторые корректировки режима работы и некоторые другие предпочтительные корректировки. Реактор, как и прежде, питают водным раствором карбоната аммония (прежде: (М 3),теперь: (М 5. Состав нового питающего потока,смеси (М 5), отличается от прежнего питающего потока, смеси (МЗ), тем, что он дополнительно содержит большое количество мочевины, образоваъшой в конденсаторе (С). В реакторе карбамат аммония преобразовывают в мочевину и воду. Необходимая для этой реакции энергия может подводиться путем подачи горячего газа в нижнюю часть реактора. Этим газом может быть, например, аммиак, углекислый газ или часть газовой смеси (61) из удалителя (5). Для этой цели используют предпочтительно углекислый газ. В предпочтительном варианте вь 1 полнения часть горячего сжатого углекислого газа подводят в разделительную колонну (5) для использования в качестве удаляющего газа. Уже шиеющиеся средства для подвода углекислого газа МОГУТ бЫТЬ ПрСДПОЧТИТСЛЬНО ИСПОЛЬЗОВЗНЪ 1 для подвода углекислого газа в реактор (К). Соотношение углекислого газа, непосредственно подаваемого в реактор, и количества углекислого газа, подводимого к разделительной колонне,составляет предпочтительно от 1:5 до 1:20.Поскольку часть мочевины уже образована в конденсаторе, условия равновесия в реакционной смеси (М 1) можно поддерживать при УВСЛИЧСНИИ ПрОИЗВОДИТСЛЬНОСТИ ПОЛУЧСНИЯ МО чевины, например, в три раза по сравнению с производительностью не усовершенствованного процесса. Более того, установлено, что при установленной удаляющей колонне (5) можно реализовать в смеси (М 4) степень преобразования и углекислого газа и аммиака, равную 708 О%, в то время как в первоначальном процессе степень преобразования углекислого газа составляет примерно 65%, а степень преобразования аммиака равна примерно 40%.Степень преобразования углекислого газа и степень преобразования аммиака определяют следующими формулами:Степенъ преобразования = ,углекислого газа моли мочевины + моли СО 3 где моли СО; равны количеству молей свободНОГО УГЛСКИСЛОГО газа ПШОС УГЛСКИСЛОГО газа,связанного в карбонате аммония, и2 моли мочевины Степень преобразования = ,аммиака 2 моли мочевины + моли МН;где моли ЫНЗ равны количеству молей свободного аммиака плюс аммиака, связанного в карбамате аммония.Так как смесь (М 4) содержит больше мочевины и меньше аммиака и углекислого газа,чем смесь (М 1) прежнего процесса, то требуется МСНЪШС ЗНСрГИИ на ТОННУ МОЧСВИНЫ ДЛЯ ОТДСЛСНИЯ ЭТИХ КОМПОНСНТОВ В ССКЦИИ СНИЖСНИЯ ДЗЕления (ЗС). Это преимущество, в частности,распространяется на так называемую ступень промежуточного давления. Это означает, что при использовании существующего оборудования секции снижения давления (ЗС) и, в частности, ступени промежуточного давления, МОЖНО ПОЛУЧИТЬ бОЛЬШС МОЧСВИНЫ на ТОЙ же УСТЗНОВке. То, что смесь (М 4) содержит сравнительно меньше аммиака и углекислого газа также означает, что меньше карбамата аммония на тонну производимой мочевины возвращается Через смесь (М 3). Это приводит к повышению производительности существующих насосов высокого давления для карбамата аммония, которые подают смесь (М 3) обратно в конденсатор (С). Эта дополнительная производительность может быть также использована для повышения производительности существующей установки для ПОЛУЧСНИЯ МОЧСВИНЫ.Повышенная степень преобразования аммиака и углекислого газа и снижение соотношения М/С (по сравнению с исходным процессом) устраняет необходимость в потоке возврата аммиака (М 3'). Результирующая дополнительная производительность насоса высокого давления для аммиака (на фиг.1 этот насос нагнетает МНЗ и М 3') может быть использована для подачи дополнительного количества аммиака, необхо 000354димого для поддержания увеличенной произвоДИТСЛЬНОСТИ ПОЛУЧСНИЯ МОЧСВИНЪД ОбССПСЧИваемой усовершенствованным процессом согласно настоящему изобретению.В результате установки разделительной колонны предпочтительно использовать реактор при следующих условиях. Имеется оптимальное давление (Р), при котором степень преобразования в мочевшту и эффективность разделительНОЙ КОЛОННЫ ОПТИМЗЛЬНЪЬ ЭТО ДЗВЛСНИС СОСТЗВляет предпочтительно 15-18 МПа. Температура зависит от выбранного давления и равна 180190 С.Изобретение поясняется ниже на следующем примере, не ограничивающем изобретения.Пример. Процесс получения мочевины,схематично изображенный на фиг.1, изменен согласно изобретению, в результате чего получают процесс, схематично изображенный на фнг.2.Существующий процесс содержит реактор(К) объемом 55 м 3. Давление и температура в прежнем процессе составляли 20 МПа и 190 С. Степень преобразования углекислого газа, исходя из состава смеси (М 1), составляла 64% и степень преобразования аммиака составляла 32%. Общая производительность существующей усТЗНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧСНИЯ МОЧСВИНЫ СОСТЗВЛЯЛЗ 550 метрических тонн мочевины в день. Потребление энергии этой установкой может быть выражено как 1500 кг пара (1,3 МПа) на тошту производимой мочевины. Тепловой поток, необходимый для ступени промежуточного давления (части секции снижения давления (5 С,этой установки при такой производительности составлял 11 миллионов ккал/ч.НШКС ПрИВСДСНЫ В КЗЧССТВС иллюстрации скорости различных потоков:В усовершенствованном процессе (фиг.2) сохранены существующие реактор и ступень промежуточного давления секции снижения давления (ЗС). Были предприняты попытки увеЛИЧСНИЯ ПРОИЗВОДИТСЛЬНОСТИ ПОЛУЧСНИЯ МОЧСвины с использованием существующего реактора С ТСМ ограничением, ЧТО ПОТОК ТСПЛЗ В СТУПСни промежуточного давления не должен превышать 11 миллионов ккал/ч (см. выше). Было установлено, что производительность можно увеличить до 1650 метрических тонн мочевины в день за счет установки удаляющей колонны,конденсатора и газоочистителя согласно настоящему изобретению. Давление (Р) в реакторе, разделительной колонне и конденсаторе составляло 16 МПа, а температура в реакторе равнялась 187 С. Соотношение М/С в конденсаторе