Номер патента: 3222

Опубликовано: 27.02.2003

Авторы: Йонкерс Кес, Меннен Йоханнес Хенрикус

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, где получение частично или полностью проходит в вертикальном комбинированном реакторе, отличающийся тем, что комбинированный реактор включает конденсаторную секцию и скрубберную секцию, которые интегрированы с реакторной секцией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в комбинированном реакторе конденсаторная секция расположена ниже реакторной секции, а скрубберная секция расположена выше реакторной секции.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что давление в комбинированном реакторе находится между 12 и 22 МПа, а температура находится между 150 и 220шC.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газовый поток, выходящий из абсорбера, подается в конденсаторную секцию вертикального комбинированного реактора.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что газовый поток, выходящий из абсорбера, полностью или частично конденсируется в потоке карбамата, который передается из скрубберной секции в конденсаторную секцию через нижний вход.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что реакторная секция комбинированного реактора снабжена устройствами, обеспечивающими преимущественно поршневой поток жидкости через реактор.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что время пребывания реакционной смеси в комбинированном реакторе превышает 20 мин.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что время пребывания реакционной смеси в комбинированном реакторе не превышает 1 ч.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что комбинированный реактор представляет собой трубу, имеющую диаметр от 1 до 5 м и длину от 5 до 60 м.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что число секций в комбинированном реакторе в виде последовательно соединенных НЕРС превышает 2.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что число секций в комбинированном реакторе в виде последовательно соединенных НЕРС не превышает 20.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что зона конденсации и теплообменник комбинированного реактора представляют собой погружной конденсатор.

13. Установка для получения мочевины, отличающаяся тем, что отделение высокого давления состоит из комбинированного реактора, газожидкостного сепаратора и абсорбера.

 

Текст

Смотреть все

1 Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода. Мочевина может быть получена при введении аммиака и диоксида углерода в зону синтеза при давлении от 12 до 40 МПа и температуре от 150 до 250 С. Образование мочевины может быть представлено здесь двумя последовательными стадиями превращения с образованием карбамата аммония на первой стадии в соответствии с экзотермической реакциейnNН 3+СО 2H2N-CO-ONH4+(n-2)NH3 Дегидратация образовавшегося карбамата аммония на второй стадии приводит затем к образованию мочевины в соответствии с эндотермической равновесной реакциейH2N-CO-ONH4H2N-CO-NH2+Н 2O Степень протекания данных реакций, среди прочих факторов, зависит от температуры и применяемого избытка аммиака. В качестве продукта реакции получают раствор, который состоит исключительно из мочевины, воды, несвязанного аммиака и карбамата аммония. Карбамат аммония и аммиак удаляют из раствора и предпочтительно возвращают в зону синтеза. Кроме ранее упомянутого раствора, в зоне синтеза образуется газовая смесь, которая состоит из непрореагировавших аммиака и диоксида углерода, а также инертных газов. Аммиак и диоксид углерода удаляют из этой газовой смеси и предпочтительно также возвращают в зону синтеза. Зона синтеза может включать раздельные зоны для образования карбамата аммония и мочевины. Однако эти зоны также могут быть объединены в одном аппарате. На практике используют различные способы получения мочевины. Во-первых, мочевину получают на так называемых обычных установках высокого давления для производства мочевины, которые в конце 1960-х годов сменили процессы, проводимые на так называемых десорбционных установках по производству мочевины. Обычными установками высокого давления для производства мочевины, которые до сих пор еще действуют, называются установки для производства мочевины, на которых разложение карбамата аммония, не превратившегося в мочевину, и выпуск обычного избытка аммиака происходят при существенно меньшем давлении, чем давление в самом реакторе синтеза. На обычных установках высокого давления для производства мочевины реактор синтеза, как правило, работает при температуре 180-250 С и давлении 15-40 МПа. Кроме того, на обычных установках высокого давления для производства мочевины аммиак и диоксид углерода подают непосредственно в реактор синтеза мочевины. В обычном способе синтеза мочевины под высоким давлением мольное отношение NH3/CO2(=N/С-отношение) в синтезе мочевины лежит от 3 до 6. 2 В отношении рецикла непрореагировавших аммиака и диоксида углерода в отделении синтеза различают однопроходные обычные установки по производству мочевины (без рецикла), обычные установки по производству мочевины с частичным рециклом (только часть аммиака и/или диоксида углерода отправляется на рецикл) и обычные установки по производству мочевины с полным рециклом (как аммиак,так и диоксид углерода отправляются на рецикл). Десорбционными установками для производства мочевины называются установки для производства мочевины, на которых разложение карбамата аммония, не превратившегося в мочевину, и выпуск обычного избытка аммиака происходят, главным образом, при давлении,практически равном давлению в реакторе синтеза. Это разложение и выпуск происходят в одном или более десорбере(ах), установленных на выходе реактора синтеза с помощью десорбирующего газа, такого как, например, диоксид углерода и/или аммиак, с подводом тепла. Также возможно проводить термическую десорбцию. Термическая десорбция означает, что карбамат аммония разлагается, а присутствующие аммиак и диоксид углерода удаляются из раствора мочевины исключительно с помощью теплоподвода. Поток газа, выходящий из десорбера и содержащий аммиак и диоксид углерода,конденсируется в карбаматном конденсаторе высокого давления. Газовая смесь, которая не прореагировала в синтезе мочевины, удаляется из отделения синтеза. Вместе с конденсируемым аммиаком и диоксидом углерода эта газовая смесь (газ из отводной трубы реактора) также содержит инертные газы. Конденсируемые компоненты(аммиак и диоксид углерода) могут быть абсорбированы, например, в скруббере высокого давления при давлении синтеза перед удалением инертных газов. В таком скруббере высокого давления конденсируемые компоненты, аммиак и диоксид углерода, предпочтительно абсорбируются из газа из отводной трубы реактора потоком карбамата низкого давления, образующимся при дальнейшем выделении. Поток карбамата из скруббера высокого давления, содержащий аммиак и диоксид углерода, абсорбированные из газа из отводной трубы реактора, возвращается в синтез через карбаматный конденсатор высокого давления либо минуя его. Реактор, скруббер высокого давления, десорбер и карбаматный конденсатор высокого давления являются наиболее важными элементами отделения высокого давления десорбционной установки по производству мочевины. На десорбционной установке по производству мочевины реактор синтеза работает при температуре 160-240 С, а предпочтительно при температуре 170-220 С. Давление в реакторе синтеза составляет 12-21 МПа, предпочтительно 3 12,5-19 МПа. N/С-отношение в синтезе на десорбционном установке лежит между 2,5 и 5. Синтез может быть проведен в единственном реакторе или в нескольких реакторах, соединенных параллельно или последовательно. Если используются два параллельно соединенных реактора, первый реактор может работать на свежем сырье, а второй - использовать сырье,полностью или частично поступающее из рецикла, например с выделения мочевины. Часто используемым вариантом получения мочевины с помощью десорбционного процесса является Stamicarbon - процесс с десорбцией СО 2, описанный в European Chemical News, UreaSupplement, 17.01.1969, p. 17-20. Карбаматный конденсатор высокого давления в процессе Stamicarbon с десорбцией СO2 предпочтительно представляет собой так называемый погружной конденсатор, что описано в заявке на патент Нидерландов NL-A-8400839. Погружной конденсатор может быть установлен горизонтально или вертикально. Однако особо выгодным является проведение конденсации в горизонтальном погружном конденсаторе (так называемом резервуарном конденсаторе; см.,например, Nitrogen222, July-August 1996, pp. 29-31), поскольку по сравнению с другими конструкциями такого конденсатора жидкость имеет большее время пребывания в резервуарном конденсаторе. Это приводит к образованию дополнительных количеств мочевины в резервуарном конденсаторе. Количество мочевины,образовавшейся в резервуарном конденсаторе,превышает 30% теоретически возможного количества образующейся мочевины. Другой пример, в котором образование мочевины происходит в конденсаторном отделении, описан в заявке ЕПВ ЕР 329215. После десорбции давление десорбированного раствора мочевины со стадии синтеза снижают на стадии выделения мочевины, а раствор выпаривают, после чего выделяют мочевину. В результате этого получается поток карбамата низкого давления на стадии выделения. Данный поток карбамата низкого давления предпочтительно возвращают через скруббер высокого давления в отделение, работающее при давлении синтеза. В карбаматном конденсаторе высокого давления поток газа из десорбера конденсируется в потоке карбамата, выходящем из скруббера высокого давления. Раствор карбамата, выходящий из карбаматного конденсатора высокого давления, предпочтительно идет в реактор синтеза совместно с аммиаком, необходимым для реакции. В особом варианте десорбционного процесса получения мочевины функции реактора,резервуарного конденсатора и скруббера высокого давления объединены в один аппарат высокого давления с функциональными зонами указанных стадий процесса, разделенными в 4 данном аппарате высокого давления секциями низкого давления, сконструированными для малых перепадов давления. Пример такого варианта, приведенный в Nitrogen222, JulyAugust 1996, pp. 29-31, описывает погружной реактор, как в заявке на патент США US-A-5 767 313. Данный погружной реактор предпочтительно размещается горизонтально. Другой пример комбинированных функциональных зон описан в патенте США 5 936 122, в котором объединены реактор и скруббер или реактор и реактор и конденсатор. Целью данного изобретения является усовершенствованный процесс получения мочевины, который также включает более низкие капитальные затраты. Заявителями был разработан усовершенствованный процесс получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, отличающийся тем,что превращение полностью или частично происходит в вертикальном комбинированном реакторе. Данный комбинированный реактор включает конденсаторную секцию, реакторную секцию и скрубберную секцию с конденсаторной секцией, обычно располагаемой ниже реакторной секции, и скрубберной секцией, располагаемой выше реакторной секции. Условия температуры и давления в реакторе, скруббере и конденсаторе практически одинаковы и таковы,что комбинированный реактор работает под высоким давлением. Давление предпочтительно составляет от 12 до 22 МПа, в частности от 13 до 21 МПа. Температура находится в пределах от 150 до 250 С, предпочтительно от 170 до 200 С. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в данном случае отличается тем, что поток газа, выходящий из десорбера,поступает в конденсаторное отделение вертикального комбинированного реактора. В частности, этот поток газа целиком или частично конденсируется в потоке карбамата, который подается из скруббера в конденсаторное отделение через нижний вход. Предпочтительно конденсатор является конденсатором погружного типа. Поток газа, входящий из десорбера,главным образом, состоит из аммиака и диоксида углерода. Газы из десорбера распределяются,например, с помощью газораспределителя в донной части конденсатора и полностью или частично конденсируются в карбамате, приходящем в скруббер через нижний вход. Газожидкостная смесь проходит через трубы конденсатора, в которых происходит экзотермическая реакция образования карбамата. Вокруг труб за счет тепловыделения в ходе экзотермической реакции образования карбамата формируется поток низкого давления. Часть образующегося карбамата может быть возвращена в донную часть конденсаторной секции с помощью воронки. 5 Карбамат циркулирует в конденсаторной секции за счет разности плотностей между потоком карбамата в нижнем выходе и карбаматно-газовой смеси в трубах. Это обеспечивает тщательное перемешивание карбамата в конденсаторной секции и порождает турбулентность, которая является благоприятной для теплопередачи. Время пребывания жидкого карбамата в конденсаторе обеспечивается тем, что данный конденсатор является конденсатором погружного типа, таким образом, образование мочевины частично происходит в нем. Остающийся карбамат, выходящий из конденсатора вместе с инертами и непрореагировавшими аммиаком и диоксидом углерода, подается в реакторную секцию комбинированного реактора совместно с уже образовавшейся мочевиной и водой. Оставшаяся часть эндотермической реакции образования мочевины происходит в данной реакторной секции. Требуемое количество теплоты выделяется за счет экзотермической реакции образования карбамата между непрореагировавшими аммиаком и диоксидом углерода в конденсаторе. Реакторная секция предпочтительно представляет собой барботажную колонну высокого давления. Данная реакторная секция предпочтительно снабжается устройствами, которые обеспечивают преимущественно поршневой поток жидкости через реактор. С этой целью указанную реакторную секцию разделяют, предпочтительно с помощью ситчатых тарелок на секции приблизительно равной вместимости таким образом, чтобы реактор представлял собой реактор каскадного типа, а следовательно приближался к модели идеального вытеснения. Ситчатые тарелки могут быть любыми, относящимися к описанным в литературе по производству мочевины типам. Раствор мочевины подается в расположенный ниже по течению реактор или в расположенный ниже по течению газожидкостной сепаратор. Инерты, которые все еще содержат свободный аммиак и диоксид углерода, орошают в скрубберной секции потоком карбамата низкого давления, отделяемого при последующем выделении. Непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода могут быть полностью или частично отмыты в данном скруббере. Инерты могут быть очищены от любых количеств остаточных аммиака и диоксида углерода вне комбинированного реактора. Комбинированный реактор может быть использован на основных установках и на существующих установках. Изобретение также относится к способу усовершенствования и оптимизации (переоборудования) существующих установок по производству мочевины путем монтажа комбинированного реактора. Такой монтаж может проводиться на обычных установках и на десорбционных установках. 6 Комбинированный реактор является вертикальным реактором, и, как результат вертикального расположения, реактор требует весьма ограниченной площади для размещения. Доступная площадь размещения часто является лимитирующей, особенно в проектах переоборудования, вследствие чего комбинированный реактор в данном случае является особенно подходящим. Комбинированный реактор также является привлекательной альтернативой, например, резервуарному реактору. Комбинированный реактор может использоваться на обычных установках по производству мочевины при реализации проектов по переоборудованию на однопроходных установках,установках с частичным или полным рециклом. В случае переоборудования обычных установок по производству мочевины, кроме комбинированного реактора, предпочтительно устанавливать десорбер и газожидкостной сепаратор. Преимуществом комбинированного реактора при переоборудовании обычных установок является тот факт, что может быть достигнуто увеличение мощности от 1500 до 4000 т/день при потреблении пара, сопоставимом с потреблением пара на десорбционных установках, т.е. около 925 кг пара на тонну мочевины. Это является заметным усовершенствованием обычной установки по производству мочевины. Комбинированный реактор предоставляет возможность увеличения мощности конденсатора и реакционного объема в существующем синтезе. В проектах по переоборудованию комбинированный реактор работает под давлением,которое несколько ниже, чем давление в существующем реакторе, расположенном ниже по течению. Движущая сила, требуемая для течения реакционного раствора из комбинированного реактора в расположенный ниже по течению реактор, создается аммиачным эжектором высокого давления. В этом случае комбинированный реактор может быть размещен на нулевой отметке. Реакция образования мочевины завершается в существующем реакторе, расположенном ниже по течению. В реактор, расположенный ниже по течению, вводят, при производственной необходимости, небольшое количество свежего диоксида углерода, который требуется для протекания в реакторе экзотермической реакции образования карбамата, которая снабжает теплом, необходимым для эндотермической реакции. При реализации проектов переоборудования на обычных установках по производству мочевины раствор мочевины передают в десорбер высокого давления, и предпочтительно в специально установленный десорбер СO2 высокого давления, в котором не прореагировавший карбамат диссоциирует на аммиак и диоксид углерода. Свежие десорбирующие газы, а предпочтительно свежий диоксид углерода, и теплота используются для подобной диссоциации. 7 Выделяющиеся десорбированные газы сбрасываются в комбинированный реактор через паропровод существующего реактора, расположенного ниже по течению. Принципы переоборудования для десорбционных установок существенно не отличаются от описанных выше для переоборудования обычных установок по производству мочевины. Здесь также существующий реактор функционирует как реактор, расположенный ниже по течению, а аммиачный эжектор высокого давления является движущей силой для преодоления разности давлений между комбинированным реактором и существующим реактором. В этом случае комбинированный реактор может быть размещен на нулевой отметке, так же как и десорберы. Однако нет необходимости дополнительно монтировать десорбер и газожидкостной сепаратор на десорбционных установках. Здесь также комбинированный реактор предоставляет возможность увеличения мощности конденсатора и реакционного объема в существующем синтезе, увеличения мощности десорбционных установок до 4000 т/день и выше без увеличения потребления пара на тонну производимой мочевины. Существенно, что имеющийся карбаматный конденсатор высокого давления, который может быть конденсатором с падающей пленкой или погружным конденсатором, может быть включен в данный проект. Данная методика переоборудования десорбционных установок также может применяться как для установок с десорбцией СО 2, так и для установок с десорбцией NН 3, на которых используется термическая десорбция. Принципы основных установок с комбинированным реактором существенно не отличаются от описанных для переоборудования обычных установок по производству мочевины. Однако на основных установках нет потребности в реакторе с нисходящим потоком, поскольку реакция образования мочевины может завершаться в реакторной секции комбинированного реактора. Изобретение также касается установок по производству мочевины, где отделение высокого давления состоит из комбинированного реактора, газожидкостного сепаратора и десорбера,предпочтительно десорбера СO2. Поскольку на основных установках комбинированный реактор также установлен на нулевой отметке, выходящая мочевина поступает в газожидкостной сепаратор через аммиачный эжектор высокого давления. Жидкость,выходящая из данного сепаратора, направляется в десорбер СO2 высокого давления, в котором диссоциирует непрореагировавший карбамат. Десорбированные газы, которые также содержат свежий диоксид углерода, через газовый выход сепаратора, расположенного ниже по течению, 003222 8 сбрасываются в конденсаторную секцию комбинированного реактора. Главным преимуществом способа данного изобретения является то, что он может быть реализован на установке с существенно более низкими капитальными затратами вследствие интеграции теплообменника/конденсатора и скруббера в реакторе, что требует меньшего числа единиц оборудования и трубопроводов,которые должны быть устойчивы к высоким давлениям в крайне агрессивной среде. Другим преимуществом является монтаж на нулевой отметке, что приводит к уменьшению этажности. Это приносит дополнительные преимущества в плане капитальных затрат и повышает безопасность. Превращение карбамата в мочевину и воду может быть проведено при обеспечении достаточно продолжительного времени пребывания реакционной смеси в комбинированном реакторе. Время пребывания обычно превышает 10 мин,предпочтительно превышает 20 мин. Время пребывания обычно составляет менее 2 ч, предпочтительно менее 1 ч. При более высокой температуре и давлении в комбинированном реакторе для достижения высокой степени превращения обычно необходимо меньшее время пребывания. Комбинированный реактор в общих чертах представляет собой широкую трубу диаметром от 1 до 5 м, предпочтительно от 2 до 4 м. Длина комбинированного реактора обычно составляет 5-60 м, предпочтительно от 10 до 40 м. Комбинированный реактор обычно снабжен устройствами, которые обеспечивают преимущественно поршневой поток жидкости через реактор. С этой целью реактор снабжают,например, регулярной насадкой (в одном или нескольких местах) или отражательными перегородками, разделяющими реактор на секции. Секции образуют последовательность непрерывнодействующих емкостных реакторов смешения (НЕРС). Поэтому термины НЕРС и секции применяются в ряде случаев для лучшего понимания изобретения. Использование этих терминов никоим образом не ограничивает изобретение. Число секций в комбинированном реакторе как последовательно расположенных НЕРС предпочтительно больше 2, в частности больше 5. Число секций в комбинированном реакторе как НЕРС обычно менее 40, предпочтительно менее 20. Секции в комбинированном реакторе предпочтительно образованы практически горизонтальными отражательными перегородками. Площадь поверхности таких перегородок предпочтительно составляет не менее 50%, предпочтительно не менее 85% площади горизонтального сечения вертикального реактора. Площадь поверхности перегородок предпочтительно практически равна 100% площади горизонталь 9 ного сечения реактора, расположенного вертикально. Теплота, выделяющаяся в реакторе, может отводиться водой, проходящей по трубам теплообменника, в этом процессе вода превращается в пар низкого давления от 3 до 10 бар, предпочтительно от 4 до 7 бар. Теплота также может отводиться пуском потока, который требуется нагреть, например раствора мочевины, подлежащего концентрированию при 2-8 бар, или раствора мочевины, подлежащего расширению при 15-40 бар. Теплообменник устанавливают в конденсаторном отделении реактора. Отделение занимает 10-70%, предпочтительно 20-50%, от общей длины реактора. Зона конденсации и теплообменник комбинированного реактора предпочтительно устроены в виде так называемого погружного конденсатора. Здесь часть газовой смеси, подлежащая конденсации, движется в трубном пространстве кожухотрубного теплообменника, а разбавленный раствор карбамата движется в межтрубном пространстве, выделяющееся тепло раствора и конденсации отводится теплоносителем, например водой, движущейся вокруг труб,вода превращается в пар низкого давления. Далее изобретение объясняется в деталях на примере со ссылкой на нижеследующие фигуры, где фиг. 1 представляет состояние уровня техники, а фиг. 2-5 представляют варианты данного изобретения. Фиг. 1 схематически представляет отделение десорбционной установки по производству мочевины на основе процесса десорбции СO2Stamicarbon. Фиг. 2 схематически представляет отделение десорбционной установки по производству мочевины на основе процесса десорбции СO2Stamicarbon, к которой добавлен комбинированный реактор. Фиг. 3 схематически представляет отделение установки по производству мочевины, основанной на общепринятых принципах, включающей комбинированный реактор и десорбер СO2. Фиг. 4 схематически представляет отделение новой десорбционной установки по производству мочевины, основанной на принципе комбинированного реактора. Фиг. 5 схематически представляет отделение комбинированного реактора в соответствии с данным изобретением. На фиг. 1 Р обозначает реактор установки с десорбцией СO2 на основе Stamicarbon, в котором диоксид углерода и аммиак превращаются в мочевину. Раствор мочевины со стадии синтеза (РМС), выходящий из реактора, направляется в десорбер СO2 (Д), в котором РМС превращается в газовый поток (ГД) и жидкостной поток (ДРМС) при дисорбции РМС действием СO2. Газовый поток (ГД) на выходе из десорбера СO2 состоит, главным образом, из аммиака и 10 диоксида углерода, а ДРМС является десорбированным РМС. Поток, содержащий десорбированный раствор мочевины со стадии синтеза(ДРМС), поступает на выделение мочевины(ВМ), где выделяют мочевину (М) и сбрасывают воду (В). На ВМ образуется поток карбамата аммония низкого давления (КНД), который подается в скруббер высокого давления (СКР). В указанном скруббере КНД контактирует с газовым потоком ГР, выходящим из реактора и состоящим, главным образом, из аммиака и диоксида углерода, а также инертов (неконденсируемых компонентов), присутствующих в питающем диоксиде углерода и питающем аммиаке. Обычно в СКР также происходит теплопередача. В приведенном примере обогащенный поток карбамата (ОК), выходящий из СКР, подается в карбаматный конденсатор высокого давления (К), в котором поток ГД конденсируется с помощью ОК. Указанная конденсация может также проходить и без подачи ОК в К; в этом случае логично вводить ОК непосредственно в реактор Р. Получающийся поток карбамата высокого давления (КВД) возвращается в реактор. В приведенном примере свежий аммиак вводится в рецикл через карбаматный конденсатор высокого давления (К), но, конечно же, может вводиться в любом месте контура РДКР или контура РСКРКР. На фиг. 2 Р обозначает реактор установки с десорбцией СO2 на основе Stamicarbon, в котором диоксид углерода и аммиак превращаются в мочевину. Раствор мочевины со стадии синтеза (РМС), выходящий из реактора, направляется в десорбер СO2 (Д), в котором РМС превращается в газовый поток (ГД) и жидкостной поток (ДРМС) при дисорбции РМС действием СO2. Газовый поток (ГД) на выходе из десорбера СO2 состоит, главным образом, из аммиака и диоксида углерода, а ДРМС является десорбированным РМС. Поток, содержащий десорбированный раствор мочевины со стадии синтеза(ДРМС), поступает на выделение мочевины(ВМ), где выделяют мочевину (М) и сбрасывают воду (В). На ВМ образуется поток карбамата аммония низкого давления (КНД), который подается в скруббер высокого давления (СКР). В указанном скруббере КНД контактирует с газовым потоком ГКР, выходящим из комбинированного реактора и состоящим, главным образом, из аммиака и диоксида углерода, а также инертов (неконденсируемых компонентов), присутствующих в питающем диоксиде углерода и питающем аммиаке. Теплота необязательно может передаваться в указанном скруббере высокого давления (СКР). Обогащенный поток карбамата (ОК), выходящий из СКР, подается в скрубберную секцию комбинированного реактора. Образующийся поток карбамата высокого давления контактирует через нижний вход с аммиаком и газообразным диоксидом углерода в конденсаторной секции комбинированного 11 реактора. Карбамат и мочевина, образовавшиеся в указанной конденсаторной секции комбинированного реактора, подаются в реакторную секцию комбинированного реактора. Раствор мочевины, который содержит также не прореагировавший карбамат (КВД), подается в реактор(Р) с помощью эжектора, приводимого в действие необходимым аммиаком. Газовый поток ГР на выходе из реактора Р, состоящий преимущественно из аммиака и диоксида углерода, а также инертов, поступает в конденсаторную секцию комбинированного реактора. На фиг. 3 Р представляет реактор обычной установки по производству мочевины. Продукт реакции на выходе из реактора в виде смешанного потока (СП) поступает в газожидкостной сепаратор (ГЖС), в котором продукт реакции разделяется на газовый поток (ГР) и жидкостной поток (РМС). Жидкостной поток, состоящий преимущественно из мочевины, карбамата аммония и воды, подается в десорбер (Д) и проходит десорбцию под действием диоксида углерода с подводом тепла. Газ из десорбера (ГД) на выходе из десорбера соединяется с газовым потоком (ГР), они оба состоят, главным образом,из аммиака и диоксида углерода, и подается в конденсаторную секцию комбинированного реактора. Десорбированный раствор мочевины(ДРМС) после выхода из десорбера направляется на выделение мочевины, где выделяют мочевину (М) и выделяют воду (В). При выделении мочевины также образуется поток карбамата низкого давления (КНД), который подается в скрубберную секцию комбинированного реактора. Образующийся поток карбамата высокого давления через нижний вход взаимодействует с аммиаком и газообразным диоксидом углерода в конденсаторной секции комбинированного реактора. Карбамат и мочевина, образовавшиеся в указанной конденсаторной секции комбинированного реактора, подаются в реакторную секцию комбинированного реактора. Раствор мочевины, который содержит также непревращенный карбамат (КВД), подается в реактор (Р) с помощью эжектора, приводимого в действие необходимым аммиаком. На фиг. 4 КР представляет схематическое изображение комбинированного реактора с конденсаторной, реакторной секцией и скруббером в отделении новой установки. Продукт реакции на выходе из комбинированного реактора в виде смешанного потока (СП) с помощью эжектора,приводимого в действие аммиаком, поступает в газожидкостной сепаратор (ГЖС). Здесь продукт реакции разделяется на газовый поток (ГР) и жидкостной поток (РМС). Газовый поток (ГР) состоит преимущественно из аммиака и диоксида углерода, а жидкостной поток (РМС) состоит преимущественно из воды, карбамата аммония и мочевины. Жидкостной поток (РМС) подается в десорбер (Д) с диоксидом углерода с подводом тепла. В этом процессе образуется газовый 12 поток (ГД), состоящий, главным образом, из аммиака и диоксида углерода, и жидкостной поток (ДРМС), состоящий преимущественно из мочевины и воды. Газовый поток подается в конденсаторную секцию комбинированного реактора вместе с газовым потоком (ГР). Раствор мочевины (ДРМС) превращается в мочевину при выделении мочевины, разделяясь на мочевину (М), воду (В) и карбамат аммония низкого давления (КНД). Этот карбамат аммония низкого давления (КНД) направляется в скрубберную секцию комбинированного реактора. Фиг. 5 дает схематическое представление варианта комбинированного реактора (КР). Здесь 1 представляет стенку комбинированного реактора, 2 - скрубберную секцию, 3 - реакторную секцию и 4 - конденсаторную секцию. А и В являются емкостями для пара. Газы (ГД), выходящие из десорбера (Д), поступают в конденсатор через элемент 5 и распределяются в донной части конденсатора газораспределителем 6. Реакционная смесь покидает комбинированный реактор в качестве смешанного потока (СП) через трубу 7. Карбамат низкого давления(КНД) со стадии выделения мочевины (ВМ) поступает в комбинированный реактор через элемент 8. Карбамат из скрубберной секции поступает в конденсаторную секцию через нижний вход 9. Труба погружной конденсаторной секции обозначена как 10. Позиция 11 обозначает подходящее расположение воронки, однако, необходимость в воронке отсутствует. Указанная воронка обеспечивает дальнейшую циркуляцию жидкости вокруг конденсаторной секции через нижний вход. Это является преимуществом, поскольку способствует теплопередаче в конденсаторной секции. Изобретение далее иллюстрируется нижеследующими примерами. Пример для сравнения А. В табл. 1, приводимой ниже, представлены составы в массовых процентах различных потоков для установки, на которой используется комбинированный реактор, включающий конденсаторную секцию и скрубберную секцию,как показано на фиг. 2 и 4 в патенте США 5 936 122. Таблица 1 Поток Мочевина NН 3 СO2 Н 2O РМС 31,8 36,8 12,2 19,2 ДРМС 48,1 13,2 13,7 25,0 КВД 21,1 34,4 26,7 17,9 КНД 0,4 34,8 40,4 24,4 Пример 1. В табл. 2, приводимой ниже, представлены составы в массовых процентах различных потоков для установки Stamicarbon с десорбцией СO2, на которой установлен комбинированный реактор, частично или полностью замещающий 13 карбаматный конденсатор высокого давления(К), как показано на фиг. 2. Составы потоков свидетельствуют о том, что существенная часть реакции образования мочевины протекает в комбинированном реакторе, и также о том, что карбамат, весь или частично, конденсируется в комбинированном реакторе. Реакция образования мочевины, которая протекает в комбинированном реакторе (КР), может рассматриваться как повышение мощности установки по производству мочевины или снижение потребления пара на указанной установке по производству мочевины при условии, что мощность сохраняется на прежнем уровне. В данном примере это экономит 100 кг пара высокого давления(300 С, абсолютное давление 2,2 МПа) на тонну выпускаемого продукта. Таблица 2 Поток Мочевина NH3 СO2 Н 2O РМС 35,5 29,5 16,5 18,5 ДРМС 55,0 7,8 10,5 26,7 КВД 23,5 34,5 26,0 16,0 КНД 30,0 37,0 33,0 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, где получение частично или полностью проходит в вертикальном комбинированном реакторе, отличающийся тем, что комбинированный реактор включает конденсаторную секцию и скрубберную секцию, которые интегрированы с реакторной секцией. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в комбинированном реакторе конденсаторная секция расположена ниже реакторной секции, а скрубберная секция расположена выше реакторной секции. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что давление в комбинированном реакторе находится между 12 и 22 МПа, а температура находится между 150 и 220 С. 14 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газовый поток, выходящий из абсорбера, подается в конденсаторную секцию вертикального комбинированного реактора. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что газовый поток, выходящий из абсорбера, полностью или частично конденсируется в потоке карбамата, который передается из скрубберной секции в конденсаторную секцию через нижний вход. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что реакторная секция комбинированного реактора снабжена устройствами, обеспечивающими преимущественно поршневой поток жидкости через реактор. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что время пребывания реакционной смеси в комбинированном реакторе превышает 20 мин. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что время пребывания реакционной смеси в комбинированном реакторе не превышает 1 ч. 9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что комбинированный реактор представляет собой трубу, имеющую диаметр от 1 до 5 м и длину от 5 до 60 м. 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что число секций в комбинированном реакторе в виде последовательно соединенных НЕРС превышает 2. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что число секций в комбинированном реакторе в виде последовательно соединенных НЕРС не превышает 20. 12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что зона конденсации и теплообменник комбинированного реактора представляют собой погружной конденсатор. 13. Установка для получения мочевины,отличающаяся тем, что отделение высокого давления состоит из комбинированного реактора, газожидкостного сепаратора и абсорбера.

МПК / Метки

МПК: C07C 273/04

Метки: мочевины, способ, получения

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-3222-sposob-polucheniya-mocheviny.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения мочевины</a>

Похожие патенты