Способ получения мочевины

Способ получения мочевины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ, включающий ее синтез из аммиака, двуокиси углерода и рециркулируемого потока непрореагировавпшх веществ при температуре 160-210°С и давлении 180-400 кгс/см в двух последовательно соединенных зонах с подачей исходных реагентов в обе зоны, отвод теплоты в узле синтеза, разделение продуктов синтеза с выделением Мочевины и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ, отличающ и и с я тем, что, с целью noBbmieния эффективности процесса и снижения энергетических затрат, свежий аммиак и рециркулируемый поток непрореагировавших веществ подают в первую зону, а свежую двуокись углерода подают во вторую зону, в которой осуществляют отвод теплоты, или распределяют между зонами с подачей в первую зону синтеза 20-25% свежей двуокиси углерода.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЭЬ9 С 07 С 126/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3278251/23-04 (22) 03.02. 81 (46) 23, 08. 84. Бюл. 931 (72) Д.М. Горловский, В.И. Кучерявый, А.И.Рысихин, Л.В.Петров, С.М.Курносов и С.М.Симонов (53) 661.717.5.07(088.8) (56) 1. Кучерявый В.И. и Лебедев В.В.

Синтез и применение карбамида. М., "Химия", 1970, с.184-208.

2. Патент ClllA N 309 1637, кл.260-555, опублик. 1960.

3. Патент СССР 1458126, кл. С 07 С 126/02, 1970 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ, включающий ее синтез из аммиака, дву окиси углерода и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ

„„SU„„1109385 А при температуре 160-210 С и давлении

180-400 кгс/см в двух последовательно соединенных зонах с подачей исходных реагентов в обе зоны, отвод теплоты в узле синтеза, разделение продуктов синтеза с выделением мочевины и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьш|ения эффективности процесса и снижения энергетических затрат, свежий аммиак и рециркулируемый поток непрореагировавших веществ подают в первую зону, а свежую двуокись углерода подают во вторую зону, в которой осуществляют отвод теплоты, или распределяют между зонами с подачей в первую зону синтеза 20-25Х свежей двуокиси углерода.

09 2

2X coq щения NH (Х -.= — --- ) не превы8 НН

3 шает 35 (при 1.=4), Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ получения мочевины, согласно которому синтез мочевины из аммиака и двуокиси углерода при 160-220 С и давле10 нии 140-400 кгс/см осуществляют в двух последовательных зонах с рециркуляцией непрореагировавших веществ, причем всю двуокись углерода и, по крайней мере, часть аммиака

15 подают в первую зону, именуемую зоной отвода тепла. Величина L в этой зоне менее 4. Реакционную смесь из эоны отвода тепла подают во вторую зону, именуемую зоной синтеза

20 мочевины, куда подают также оставшееся количество аммиака. Температуру в зоне синтеза мочевины поддерживают на постоянном уровне путем регулирования температуры и/или относительных количеств аммиака, подаваемого н зону отвода теплоты и в зону синтеза мочевины (3 1.

Известный способ по показателям эффективности (Х ср и Х н ) блиэок к г 3

30 рассмотренному ранее $2) и потому обладает теми же недостатками.

Целью изобретения является повыше385

1 1I1

Изобретение относится к способу получения мочевины иэ аммиака и двуокиси углерода.

Известен способ получения мочевины путем синтеза ее иэ аммиака и двуокиси углерода с жидкостным рециклом непрореагировавших веществ (в виде водного раствора углеаммонийных солей УАС) или с газовым рециклом. Поскольку реакция синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода обратима, и степень превращения СО (Х ) состав ляет 58-76Х, для сдвига равновесия

2 реакции в сторону целевого продукта в зоне синтеза, как правило, поддерживают избыток NH сверх стехиометрического количества. Величина молярного соотношения NH .СО (1 ) в исходной реакционной смеси составляет 2,5-10,0. Эта величина обычно бывает тем выше, чем больше молярное соотношение H>0:COz(W) в той же смеси, так как вода сдвигает равновесие реакции синтеза в сторону исходных веществ. При этом чем выше L, тем выше равновесная степень превращения

C0z (Хс ) z движущая сила Реакции синтеза, а потому тем выше скорость процесса. Кроме того с оостом Ь снижается равновесное давление P" над плавом синтеза, возрастает движущая сила процесса конденсации газообразного сырья, что дополнительно повышает скорость синтеза мочевины (1g. ние эффективности процесса путем повышения степени превращения исходных

Однако с ростом L снижается сте,пень превращения аммиака в мочевину

Х н и возрастают энергетические затраты в системе выделения его иэ плава синтеза и рециркуляции в реактор.

Известен ряд способов получения мочевины, в которых для повышения степени превращения сырья оптимизируют температурный режим процесса синтеза либо распределение рециркулируемой воды по отдельным аппаратам реакторного блока.

Известен способ получения мочевины, включающий синтез ее в двух раздельных зонах с подачей в первую зону только свежих NH и COz(W=O) при L =4-10, давлении 140-420 кгс/см и 160-220 С,Рециркулируемый раствор

УАС перерабатывают только во второй зоне синтеза мочевины, куда подают также и свежие NH и СО 2 3.

По этому способу величина Х - мо1 жет достигать 70%, но степень преврареагентов и снижения вследствие этого энергетичеСких затрат на выделение иэ плава синтеза и рециркуляцию в реактор непрореагировавших веществ.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу получения мочевины, включающему ее синтез из аммиака, двуокиси углерода и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ при 160-210 С и давлении

180-400 кгс/см в двух последовательно соединенных зонах с подачей исходных реагентов в обе зоны, отвод теплоты в узле синтеза, разделение продуктов синтеза с выделением мочевины и рециркулируемого потока непрореагировавших веществ, свежий аммиак и рециркулируемый поток непрореагировавших веществ подают в первую зону, а свежую двуокись углерода - во вторую, в которой осуществляют, отвод теплоты, или распределяют между зонами с подачей в первую зону синтеза

20-25 свежей двуокиси углерода.

1109385

При этом обеспечивается поддержание температуры в первой зоне на заданном уровне, Предлагаемый способ предусматривает осуществление процесса в первой зоне синтеза мочевины в присутствии избытка ХН, что обусловливает высо-. кую степень превращения СО . Во второй зоне синтеза за счет подачи свежей двуокиси углерода валовое соотношение между NH и СО (во всех формах)

2 близко к стехиометрическому. В этой зоне приемлем даже небольшой избыток

СО, поскольку с ростом избытка СО

Х „ возрастает. Во второй зоне синтеза отводится теплота растворения

СО в плаве синтеза и образуется дополнительное количество мочевины.

Вследствие этого Х вЂ” степень превра 4 нЗ щения того количества NH, которое присутствовало в первой зоне, возрастает. При оценке для второй зоны синтеза Хс — как показателя, определяющего энергозатраты на дистилляцию плава, — та часть поданного во вторую зону потока СО, которая эквивалентна количеству мочевины, синтезированной в первой зоне, не учитывается, так как затраты .тепла на его выделение из плава синтеза на стадии дистилляции эквивалентны теплосъему, осуществляемому во второй зоне синтеза. Таким образом, плав синтеза на выходе иэ реакторного блока характеризуется более высоким абсолютным содержанием мочевины и повышенной степенью превращения исходных реагентов. Благодаря этому снижается расход энергетических. средств на выделение из плава синтеза и рециркуляцию непрореагировавших веществ.

Поток непрореагировавших веществ после выделения иэ плава синтеза рециркулируют в первую зону синтеза в газообразном или жидком виде ° В последнем случае может возникнуть дефицит тепла в реакторе первой зоны синтеза. Чтобы его восполнить предусматривается подача 20-25Х СО в эту зону. Количество СО, направляемой в первую зону синтеза, регулируют, поддерживая заданную температуру в этой зоне.

На чертеже изображена принципиальная схема установки для получения мочевины.

Согласно этой схеме NH> (поток 1), поток 2 непрореагировавших веществ и поток 3 двуокиси углерода направ50 жение требуемой температуры компримирования упрощает задачу изготовления компрессора и обеспечивает снижение его стоимости.

Температура и давление процесса

5 в обеих зонах синтеза такие же, как в известных способах синтеза мочевины.

Целесообразное значение НН . СО в первой зоне синтеза не регламентируется и выбирается путем обычных

45 ляют в реактор 4 первой зоны синтеза, где осуществляют процесс при

t=160-210 С и давлении Р=180400 кгс/см . Плав синтеза (поток

5) иэ первой зоны направляют в реактор 6 второй эоны синтеза. В этот же аппарат вводят основное количество двуокиси углерода (поток 7). Параметры процесса (< и Р) поддерживают в тех же интервалах, что указаны для реактора первой зоны синтеза. Избыток тепла в реакторе 6 отводят, используя теплообменные элементы 8.

Если температура в реакторе 4 отклонится от заданного уровня, по сигналу датчика 9 регулятор 10 изменит степень раскрытия клапана 11 на линии 3 подачи COz. и температуру в аппарате 4. Из реакторного блока плав синтеза по линии 12 передают на дистилляцию известными методами.

Следует отметить дополнительные преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными. Во-первых, в плаве синтеза, отводимом на дальнейшую переработку из второй зоны синтеза, соотношение NH :СО близко к стехиометрическому или даже имеется избыток СО . Это создает предпосылки для осуществления селф-стриппинга (авто-стриппинга) плава, т.е. процесса дистилляции, аналогичного по существу процессу отдувки непрореагировавших веществ в токе ÑOz. Пре" имущество селф-стриппинга заключается в том, что отпадает необходи" мость применения специального аппарата дистилляции сложной конструкции, обеспечивающего строго равномерное распределение газообразного СО> в жидкости. Во-вторых, в случае газового рецикла непрореагировавших веществ путем адиабатического компримирования использование предлагаемоro способа позволяет снизить температуру компримирования рециркулируемых газов, которая тем выше, чем больше концентрация NH в смеси с СО . Сни11093 проектных расчетов по минимуму энергозатрат в зависимости от принятой техники дистилляции плава синтеза и средств рециркуляции непрореагировавших веществ. Соотношение NH :С02 вовторой зоне синтеза не регламентируета ся, так как определяется величиной этого соотношения в плаве синтеза из первой зоны, а также тем, что во вторую зону полностью или почти пол- !О костью подают поток двуокиси углероца

В результате во второй зоне может возникнуть некоторый избыток СО2, чем выше этот избыток, тем более благоприятны предпосылки для осуществления 15 селф-стриппинга. Наконец, соотношения NH . СО7 в обеих зонах синтеза регулируются автоматически по температуре, которую поддерживают в перI вой зоне синтеза на заданном уровне. 20

Пример 1. В реактор 4 первой зоны синтеза, на выходе из которого поддерживают температуру 197 С при давлении 250 кгс/см, по линии 1

2 подают 119,2 кг/ч жидкого аммиака, 25 а по линии 2 — 399,8 кг/ч смеси веществ, выделенных из плава синтеза на стадии дистилляции, в том числе

167,8 кг/ч ИН, 172,5 кг/ч СО2, 28 кг/ч мочевйны и 31,5 кг/ч Н70.

Клапан 11 полностью закрыт, подачи

СО2 по линии 3 нет. Из реактора 4 первой зоны синтеза в реактор 6 второй зоны по линии 5 выводят

519 кг/ч плава синтеза, в котором

194,3 кг/ч ИНЗ, 52,5 KF/÷ С07, 191,6 кг/ч мочевины и 80,6 кг/ч Н О, Соотношение между общим количеством мочевины (191,6 кг/ч) и общим количеством СО2 во всех формах (вкпючая

52,5 кг/ч СО2, не конвертированных в мочевину) в плаве синтеза соответствует степени превращения С07, равной 73 . Если же не учитывать

28 кг/ч мочевины, поступающей в реак-1 торный блок с потоком рециркулирующих веществ, Хсо составляет 69,6 .

В реактор 6 второй зоны синтеза, где процесс ведут при 190 С и давлении 250 кгс/см, наряду с плавом из

2 первой зоны синтеза по линии 7 по85 а дают 154,2 кг/ч двуокиси углерода.

По линии 12 из реакторного блока выводят на переработку 673,3 кг/ч пла- ва синтеза, в котором 167,9 кг/ч NH з

l72,5 кг/ч СО>, 238,3 кг/ч мочевины и 94,6 кг/ч Н20. Без учета 28 кг/ч рециркулируемой мочевины величина

Xt.g (по отношению к полному количест7 ву СО2 в первой зоне) составляет

74,6% т.е на 5 абс. . выше, чем в известном способе.

Пример 2. В реактор 4 первой зоны, работающий при 197 С и давлении 250 кгс/см7, по линии 1 подают

119,2 кг/ч жидкого аммиака, по линии

2 — 399,8 кг/ч смеси веществ, выделенных из плава синтеза на стадии дистилляции, в том числе 167,8 кг/ч

ИН, 172, 5 кг/ч СО» 28 кг/ч мочевины и 31,5 кг/ч Н70. Для обеспечения температуры в аппарате 4 на заданном уровне (197"Г) в соответствии с сигналом датчика 9 регулятор l0 поддерживает клапан 11 приоткрытым, и по линии 3 в реактор 4 поступает 34,2 кг/ч

С07 (22 ). Из аппарата 4 в реактор

6 второй зоны по линии 5 выводят

553,2 кг/ч плава синтеза, в котором

194,3 кг/ч NH>, 86,7 кг/ч СО2, 191,6 кг/ч мочевины и 80,6 кг/ч Н70.

В реактор б, где процесс. ведут при 190 С и давлении 250 кгс/см, наряду с плавом из первой зоны синтеза по линии 7 подают 120 кг/ч С02. По личии 12 из реакторного блока выводят на переработку 673,3 кг/ч плава синтеза, в котором 167,9 кг/ч NH>, 172,5 кг/ч С02, 238,3 кг/ч мочевины и 94,6 кг/ч Н О.

Пример ы 3 и 4. Отличаются от примера 1 только параметрами про» цесса, количеством и составом материальных потоков,. Эти сведения приведены в таблице.

Предлагаемый способ позволяет за счет увеличения степени превращения сырья уменьшить расход энергетических средств на дистилляцию плава синтеза и рециркуляцию непрореагировавших веществ и снизить себестоимость i т мочевины.

1 109385

Пример 3

Вторая зона синтеза

Пример 4

Первая зона синтеза

Первая зона синтеза

Вторая зона синтеза

165

Температура, C

Давление, кгс/см

Поток 1,кг/ч

185

190

205

185

185

375

375

268,6

268,6 в том числе NH

Поток 2, кг/ч

851,4

411,4 в том числе NH

440,0

С02

Н 0

Поток 5, кг/ч

1120,0

428,4

114,4

444,0 в том числе NH

СО

Со (1ЧН2) 2

133,2

Н20

60,0

74,0 х X

Поток 7,кг/ч в том числе С02

Поток 12, кг/ч в том числе БН

С0, Со (ЫН2,) 2

Н2 0

65,0

79,0

ВНИКПИ Заказ 5995/16 Тнрак 4 19 . Подпасков

Филиал ШШ "Патват" ° з .Уагород, уа.йровкткаа, 4

Параметры и состав материальных потоков

Х о Х (по отношению к полному

2 количеству С02 в первой зоне) 347,6

347,6

1467,6

411,4

440,0

474,0

142,2

221,0

221,0

922,0

374,0

440,0

108,0

1143,0

391,0

176,0

360,0

216,0

286,0

286,0

1429,0

374,0

440,0

390,0

225,0