Способ получения карбамида

Реферат

 

Использование: компоненты минирального удобрения, производства карбамида. Сущность изобретения: карбамид получают взаимодействием диоксида углерода с 3,6 - 4,0 мольным избытком аммиака при повышенных температуре и давлении. Из зоны реакции выводят плав синтеза, который разделяют на жидкие продукты и газообразную смесь непрореагировавших компонентов нагреванием под давлением синтеза в отпарной зоне. Отделившийся газовый поток направляют в дополнительную реакционную зону, в которую также подают свежие диоксид углерода и аммиак и которая работает в адиабатическом режиме при температуре, равной температуре в зоне синтеза. Затем в полученные газообразные продукты добавляют разбавленный водный раствор углеаммонийных солей со стадииконцентрирования раствора мочевины и смесь направляют на стадию конденсации газа и абсорбции карбамата аммония, насыщенный абсорбент сепарируют и возвращают в зону синтеза. Частично отпаренный в отпарной зоне раствор карбамида последовательно концентрируют на стадиях дистилляции низкого давления и выпаривания воды в вакууме. При этом получают концентрированный продукт и водный раствор углеаммонийных солей, который рециркулирует в синтез в качестве абсорбента. В результате достигают снижения энергетических затрат. 2 ил.

Изобретение относится к способам получения карбамида из аммиака и диоксида углерода. Известны способы получения карбамида, включающие стадию его синтеза из диоксида углерода и аммиака при повышенных температуре и давлении, стадии отгонки неконвертированных реагентов на нескольких ступенях давления, на первой из которых отгонку производят при давлении стадии синтеза карбамида, с образованием на последней ступени водного раствора карбамида и выделением карбамида из этого раствора известными способами, стадии конденсации-абсорбции реагентов, отогнанных из плава на каждой ступени, с образованием рециркулируемых на стадии синтеза водных растворов углеаммонийных солей (УАС). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ получения карбамида из диоксида углерода и аммиака при молярном соотношении NH3:CO2 2,3-5,5:1, повышенных температуре и давлении с получением в реакционной зоне плава синтеза, содержащего карбамид, непрореагировавшие аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, с последующим разделением плава на газообразную смесь непрореагировавших компонентов и жидкие продукты нагреванием плава под давлением синтеза в отпарной зоне, смешением полученного при отпаривании газового потока со свежим диоксидом углерода и абсорбентом, которым служит разбавленный водный раствор УАС, на стадии конденсации и абсорбции непрореагировавших веществ, возвратом полученного при абсорбции насыщенного абсорбента концентрированного раствора УАС после его сепарации в зону синтеза и последовательной обработкой частично отпаренных в отпарной зоне жидких продуктов реакции на стадии дистилляции низкого давления, выпаривания воды из раствора карбамида в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора УАС, рециркулируемого в качестве абсорбента на стадию абсорбции газовой смеси. Недостатком способа являются значительные энергетические затраты на выделение неконвертированных реагентов из смеси продуктов реакции. Цель изобретения сокращение энергетических затрат за счет уменьшения количества неконвертированных реагентов, подлежащих отпарке и дистилляции. Цель достигается предлагаемым способом получения карбамида из диоксида углерода и аммиака при молярном соотношении NH3:CO2 3,6-4:1, повышенных температуре и давлении с получением в реакционной зоне плава синтеза, содержащего карбамид, непрореагировавшие аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, с последующим разделением плава на газообразную смесь непрореагировавших компонентов и жидкие продукты нагреванием плава под давлением синтеза в отпарной зоне, смешением полученного при отпаривании газового потока со свежим диоксидом углерода и абсорбентом, которым служит разбавленный водный раствор УАС, на стадии конденсации и абсорбции непрореагировавших веществ, возвратом полученного при абсорбции насыщенного абсорбента концентрированного раствора УАС после его сепарации в зону синтеза и последовательной обработкой частично отпаренных в отпарной зоне жидких продуктов реакции на стадиях дистилляции низкого давления и выпаривания воды из раствора карбамида в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора УАС, рециркулируемого в качестве абсорбента на стадию абсорбции газовой смеси. При этом в предлагаемом способе газообразную смесь продуктов со стадии отпарки плава направляют в дополнительную зону конденсации, куда подают свежие диоксид углерода и аммиак, и конденсацию ведут в адиабатическом режиме при температуре, равной температуре в зоне синтеза, причем образовавшуюся жидкость возвращают в отпарную зону, а отделившийся газовый поток подают на смешение с диоксидом углерода и абсорбентом. Установлено, что если отогнанные при давлении синтеза карбамида неконвертированные реагенты подвергать обработке предлагаемым способом, то в этой системе дополнительная зона конденсации выполняет функции дополнительного реактора синтеза карбамида с иным, нежели в основном реакторе, исходным соотношением реагентов. При этом сочетание соотношений реагентов в основном и дополнительном реакторах неожиданно оказывается таким, что суммарная (по обеим реакторам) степень превращения исходных реагентов возрастает по сравнению с прототипом, снижается удельное количество неконвертированных реагентов, которое следует выделить из плава синтеза карбамида, соответственно уменьшаются энергозатраты на их выделение. На фиг.1 и 2 изображены технологические схемы для осуществления предлагаемого и известного способов. Пример 1 и фиг.1 иллюстрируют проведение процесса по предложенному способу, пример 2 и фиг.2 по способу-прототипу в условиях, позволяющих непосредственно сопоставить их. В примерах все потоки приведены в килограммах в час. П р и м е р 1. В соответствии с фиг.1 поток 1 исходного диоксида углерода (CO2 64866, инертные газы 570) разделяют на поток 2 (CO2 34391, инертные газы 302), вводимый в основной реактор 3 синтеза карбамида, и поток 4 (CO2 30475, инертные газы 268), вводимый через смеситель 5 и конденсатор 6 карбамата. Поток 7 аммиака (70219) от насоса 8 разделяют на поток 9, которым в эжектор 10 подают 47968 аммиака, и поток аммиака 11 (22251), вводимый в смеситель 5. Плав синтеза карбамида с температурой 190оС и давлением 152 кгс/см2 из реактора 3, содержащий 64078 CO(NH2)2, 27127 CO2, 67067 NH3, 36903 H2O, 302 инертных газов, потоком 12 поступает в стриппер 13. В стриппере происходит разделение плава синтеза карбамида на жидкий плав и газовую фазу. Жидкий плав нагревают до 210оС, в результате чего осуществляется процесс автостриппинга отгонки аммиака, CO2 и паров воды. Суммарный поток 14 газов, содержащий 31279 CO2, 56229 NH3, 11820 H2O, 302 инертных газов, направляют в дополнительную зону конденсации (дополнительный реактор) 15, работающую при том же давлении и температуре, что и основной реактор 3. В реактор 15 подают также поток 16 свежего диоксида углерода (CO2 5345, инертные газы 47) и 371 NH3 (поток 17). Плав синтеза карбамида из дополнительного реактора 15, содержащий 31663 CO(NH2)2, 12332 CO2, 26332 NH3, 21319 H2O (поток 18), поступает в стриппер 13, где его подвергают обработке совместно с плавом, поступающим из основного реактора 3. Несконденсированные газы синтеза карбамида из дополнительного реактора 15, содержащие 12326 NH3, 1072 CO2, 349 инертных газов (поток 19), направляют в смеситель 5. Освобожденный от основной части непревращенных в карбамид CO2 и NH3 плав карбамида, содержащий 95741 CO(NH2)2, 8180 CO2, 37170 NH3, 46402 H2O (поток 20), из стриппера 13 с температурой 210оС поступает на дальнейшую обработку в колонну 21. В колонну 21 поступает также поток 22 газов из сепаратора 23, содержащий 110 CO2, 900 NH3, 617 инертных газов. В колонне 21 при температуре 150оС и давлении 18,5 кгс/см2 из плава синтеза карбамида отгоняют часть оставшихся NH3 и CO2 в смеси с парами воды. Раствор карбамида из колонны 21, содержащий 95741 CO(NH2)2, 640 CO2, 6756 NH3, 38319 H2O (поток 24), направляют на следующую стадию переработки в колонну 25 дистилляции, в которой при температуре 136оС и давлении 4,5 кгс/см2 завершают процесс отгонки газов из плава карбамида. Водный раствор карбамида, содержащий 95741 CO(NH2)2, 231 CO2, 1558 NH3, 33211 H2O (поток 26), передают на стадию вакуум-концентрирования и превращения в товарный продукт известными способами (не показано), в результате чего получают товарный карбамид [95741 CO(NH2)2, 288 H2O] Из конденсата сокового пара со стадии вакуум-концентрирования раствора карбамида выделяют содержащиеся в нем NH3 и CO2, отогнанные на этой стадии, и в виде водного раствора УАС, содержащего 231 CO2, 1558 NH3, 3389 H2O (поток 27), возвращают на стадию конденсации газов дистилляции низкого давления в конденсатор 28. В конденсатор 28 направляют также поток 29 газов дистилляции из колонны 25, содержащий 409 CO2, 5198 NH3, 5108 H2O. В конденсаторе происходит абсорбция-конденсация газов дистилляции, и суммарный поток УАС поступает в сборник 30. Газы из сборника 30 подвергают конденсации-абсорбции в абсорбере 31, на орошение которого подают 400 H2O (поток 32). Раствор УАС из сборника 30, содержащий 640 CO2, 6756 NH3, 9197 H2O (поток 33) насосом 34 подают в конденсатор 35, в который поступает также поток 36 газов дистилляции из колонны 21, содержащий 7650 CO2, 31314 NH3, 8083 H2O, 617 инертных газов. Смесь раствора УАС, инертных и несконденсированных газов из конденсатора 35 поступает в промывную колонну 37. В промывной колонне производят отмывку избыточного газообразного NH3 от CO2 с образованием концентрированного водного раствора УАС (поток 38; 8290 CO2, 21733 NH3, 17680 H2O), который насосом 39 рециркулируют в смеситель 5. Смешанный газожидкостный поток из смесителя 5 поступает в конденсатор карбамата 6, а затем в сепаратор 23, откуда жидкая фаза поступает через эжектор 10 в реактор 3, а газовая фаза (поток 22) в колонну 21. Поток 40 смеси газообразного аммиака и инертных газов (16507 NH3, 617 инертов) поступает в конденсатор 14 аммиака Жидкий аммиак и инертные газы из конденсатора поступают в сборник 42 аммиака. Пары аммиака из сборника конденсируют в холодильнике 43, в который поступает поток 44 аммиака (54253) из изотермического склада с температурой 34оС. Пары аммиака, не сконденсированные в холодильнике 43, подвергают водной абсорбции в абсорбере 45, орошаемом водой (400 H2O, поток 46). Поток 47 инертных газов (617) из абсорбера 45 выбрасывают в атмосферу, а раствор аммиака из абсорбера (170 NH3, 400 H2O, поток 48) насосом 49 подают на орошение промывной колонны 37. Смесь свежего и возвратного аммиака из сборника 42 (70590) от насоса 50 потоком 51 поступает к насосу 8 высокого давления, который подает аммиак в оба реактора синтеза плава карбамида. Осуществление синтеза карбамида по предлагаемому способу характеризуется следующими показателями: Молярное соотношение компонентов (NH3:CO2:H2O) на входе в основной реактор 3,61:1:0,58; в дополнитель- ный реактор 4:1:0,79. Степень превращения CO2 в карбамид, в основном реакторе 63,4 в дополнитель- ном реакторе 63,4 суммарная по обе- им зонам синтеза 63,4 Удельные (в пере- счете на 1 т произ- водимого карбами- да) затраты пара на переработку пла- ва синтеза карбамида 0,844, в том числе, Гкал в стриппере 0,462 на стадиях дистил- ляции 0,126 на стадии упарива- ния водного раство- ра карбамида 0,256. П р и м е р 2 (по прототипу). В соответствии с фиг.2 поток 1 исходного диоксида углерода (45953 CO2, 404 инертных газов) разделяют на поток 2 (34391 CO2, 302 инертных газов), вводимый в реактор 3 синтеза карбамида, и поток 4 (11562 CO2, 102 инертных газов), вводимый через смеситель 5 в конденсатор 6 карбамата. Поток 7 жидкого аммиака (35509) подают в струйный насос 8 и в смеси с водным раствором карбамата аммония, содержащим 39727 CO2, 55410 NH3, 20618 H2O (поток 9), вводят в реактор 3. В реакторе 3 при 190оС и давлении 152 кгс/см2 осуществляется процесс образования плава синтеза карбамида. Плав синтеза карбамида, содержащий 62663 CO(NH2)2, 67869 NH3, 28165 CO2, 39417 H2O, 302 инертных газов, потоком 10 выводят из реактора 3 и направляют в стриппер 11, где при давлении стадии синтеза происходят разделение жидкой и газовой фаз и частичная отгонка неконвертированных реагентов, содержащихся в жидкой фазе плава синтеза карбамида. Плав карбамида из стриппера 11 с температурой 210оС, содержащий 62663 CO(NH2)2, 27274 NH3, 5839 CO2, 31415 H2O, потоком 12 передают на следующую ступень переработки в колонну 13 дистилляции. Газовую фазу из стриппера, содержащую несконденсированные газы стадии синтеза, а также часть неконвертированных реагентов, отогнанных в стриппере из плава синтеза карбамида, потоком 14 (22326 CO2, 40595 NH3, 8002 H2O) подают в смеситель 5. В смеситель 5 поступает также поток 15 водного раствора УАС, содержащий неконвертированные реагенты (5919 CO2, 15529 NH3, 12616 H2O), отогнанные из плава синтеза карбамида на других стадиях его переработки. Суммарный поток 16, содержащий 39807 CO2, 56124 NH3, 20618 H2O, 404 инертных газов, поступает в конденсатор 6 карбамата. Тепло реакции образования карбамата используется для получения пара низких параметров. Реакционная смесь из конденсатора 6 поступает в сепаратор 17, в котором происходит разделение жидкой и газовой фаз: раствор карбамата подают в реактор 3, а газовую фазу, содержащую 80 CO2, 714 NH3, 404 инертных газов (поток 18), передают в колонну 13 дистилляции. При температуре 150оС и давлении 18,5 кгс/см2 в колонне продолжают обработку плава синтеза карбамида. Раствор карбамида, содержащий 62663 CO(NH2)2, 457 CO2, 4593 NH3, 25943 H2O (поток 19), направляют на дальнейшую обработку в колонну дистилляции 20, в которой при температуре 136оС и давлении 4,5 кгс/см2 завершают переработку плава синтеза карбамида и водный раствор его, содержащий 62663 CO(NH2)2, 165 CO2, 1141 NH3, 22485 H2O (поток 21), передают на стадию вакуум-концентрирования (на фиг. 2 не показано). Расплав карбамида, содержащий 62663 CO(NH2)2, 188 H2O, гранулируют и охлаждают в грануляционной башне с получением товарного карбамида (не показано). Из конденсата сокового пара узла вакуум-концентрирования выделяют содержащиеся в нем NH3 и CO3 (не показано), поступившие с раствором карбамида со стадии дистилляции, и в виде водного раствора УАС (поток 22), содержащего 165 CO2, 1141 NH3, 2853 H2O, возвращают на стадию дистилляции низкого давления в конденсатор 23. В конденсатор 23 направляют также поток 24 газов дистилляции из колонны 20, содержащий 292 CO2, 3812 NH3, 3458 H2O. В конденсаторе 20 происходит абсорбция-конденсация газов дистилляции и суммарный поток УАС поступает в сборник 25. Газовая фаза из сборника, содержащая небольшое количество инертных газов и аммиака, поступает в абсорбер 26. В абсорбере осуществляют абсорбцию аммиака, содержащегося в газах, за счет подачи 533 H2O на орошение (поток 27). Суммарный поток 28 раствора УАС из сборника 25, содержащий 457 CO2, 4953 NH3, 6844 H2O, насосом 29 передают в конденсатор 30 для абсорбции-конденсации газов дистилляции, отогнанных из плава синтеза карбамида при давлении 18,5 кгс/см2. Поток 31 этих газов из колонны 13, содержащий 5462 CO2, 23035 NH3, 5472 H2O, 404 инертных газов, поступает в конденсатор 30. Смесь водного раствора УАС и несконденсированных газов поступает в промывную колонну 32. В промывной колонне производят отмывку газообразного аммиака от диоксида углерода с образованием концентрированного водного раствора УАС (5919 CO2, 15529 NH3, 12616 H2O), который насосом 13 подают в смеситель 5 (поток 15). Поток 34 газообразного аммиака (12629) с инертными газами (404) поступает в конденсатор 35. Жидкий аммиак из конденсатора поступает в емкость аммиака 36. Пары аммиака из сборника подвергают конденсации в конденсаторе 37, через который в сборник потоком 38 подают свежий аммиак (35509) при температуре 34оС. Поток 39 инертов (404) и аммиака (170) поступает в абсорбер 40, где производят абсорбцию аммиака водой (300, поток 41). Аммиачную воду (170 NH3, 300 H2O, поток 42) из абсорбера насосом 43 подают на орошение промывной колонны 32, а инертные газы (404) выбрасывают в атмосферу (поток 44). Смесь свежего и возвратного жидкого аммиака из сборника 36 насосами 45 и 46 подают в эжектор 8. Осуществление синтеза карбамида по способу-прототипу характеризуется следующими показателями: Молярное соотношение реагентов на входе в реактор (NH3:CO2:H2O) 3,61:1: 0,68; Степень превращения CO2 в карбамид, 62; Удельные затраты (в пересчете на 1 т производимого кар- бамида) пара на пере- работку плава синтеза карбамида, Гкал, 0,905; в том числе в стриппере 0,504; на стадиях дистилляции 0,137; на стадии упаривания водного раствора карбамида 0,264. Таким образом, при получении карбамида предлагаемым способом снижаются примерно на 7% удельные затраты пара на переработку плава синтеза карбамида в сравнении со способом-прототипом.

Формула изобретения

Способ получения карбамида из диоксида углерода и аммиака при молярном соотношении NH3 CO2 3,6 4 1, повышенных температуре и давлении с получением в реакционной зоне плава синтеза, содержащего карбамид, непрореагировавшие аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, с последующим разделением плава на газообразную смесь непрореагировавших компонентов и жидкие продукты нагреванием плава под давлением синтеза в отпарной зоне, смешением полученного при отпаривании газового потока со свежим диоксидом углерода и абсорбентом, которым служит разбавленный водный раствор углеаммонийных солей, на стадии конденсации и абсорбции непрореагировавших веществ, возвратом полученного при абсорбции насыщенного абсорбента - концентрированного раствора углеаммонийных солей после его сепарации в зону синтеза и последовательной обработкой частично отпаренных в отпарной зоне жидких продуктов реакции на стадиях дистилляции низкого давления и выпаривания воды из раствора карбамида в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора углеаммонийных солей, рециркулируемого в качестве абсорбента на стадию абсорбции газовой смеси, отличающийся тем, что, с целью сокращения энергетических затрат, газообразную смесь продуктов со стадии отпарки плава направляют в дополнительную зону конденсации, куда подают свежие диоксид углерода и аммиак, и конденсацию ведут в адиабатическом режиме при температуре, равной температуре в зоне синтеза, причем образовавшуюся жидкость возвращают в отпарную зону, а отделившийся газовый поток подают на смешение с диоксидом углерода и абсорбентом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.07.2009

Дата публикации: 10.12.2011