Способ получения карбамида

Реферат

 

Использование: технология производства карбамида, минеральные удобрения. Сущность изобретения: получение карбамида ведут взаимодействием диоксида углерода с избытком аммиака в двух раздельных зонах синтеза с подачей рециркулируемых реагентов только в первую зону синтеза, в которой поддерживают более низкое давление, чем во второй зоне синтеза. При этом из плава второй зоны синтеза карбамида отделяют газы при давлении, равном давлению в первой зоне синтеза, и направляют их на стадии абсорбции-конденсации реагента, отогнанных из плава синтеза при давлении равным давлению первой зоны синтеза. Предпочтительно вести отделение газообразных продуктов из плава, поступающего из второй зоны синтеза, в токе газов из первой зоны или в токе газообразных веществ из отпарной зоны. Отпаренный раствор карбамида последовательно обрабатывают на стадиях дистилляции при низком давлении и выпаривания воды в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора углеаммонийных солей, рециркулируемого в синтезе в качестве абсорбента. В результате снижаются энергетические затраты. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам получения карбамида из аммиака и диоксида углерода.

Известны способы получения карбамида, включающие стадию его синтеза из аммиака и диоксида углерода при повышенных температурах и давлениях, стадии отгонки неконвертированных реагентов на нескольких ступенях с понижением давления, на первой из которых отгонку производят при давлении, равном давлению стадии синтеза карбамида с образованием на последней ступени водного раствора карбамида и выделением карбамида из этого раствора известными способами, стадии абсорбции-конденсации реагентов, отогнанных из плава на каждой ступени, с образованием рециркулируемых на стадию синтеза водных растворов углеаммонийных солей (УАС)) [1] Известен способ получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза путем подачи в первую зону смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, при введении потоков свежих аммиака и диоксида углерода во вторую зону синтеза, давление в которой выше давления в первой зоне, вывода газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава из каждой зоны синтеза, абсорбции газообразных продуктов реакции, смешения потоков плава, поступающих из первой и второй зон синтеза, и разложения части содержащегося в плаве карбамата в отпарной зоне при давлении, равном давлению первой зоны синтеза, в потоке свежего диоксида углерода при подводе тепла с отделением образовавшегося газового потока, его смешением с насыщенным на стадии абсорбции раствором УАС и свежим аммиаком и с подачей смеси в первую зону синтеза, при выводе из нижней части отпарной зоны частично отпаренного раствора карбамида и его последовательной обработке на стадии дистилляции низкого давления и стадиях выпаривания воды в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора УАС, используемого в качестве абсорбента на стадии абсорбции газообразных продуктов синтеза [2] Значительные энергетические затраты на отгонку неконвертированных реагентов из плава синтеза карбамида ограничивают возможность использования этого способа в промышленности.

Для снижения энергетических затрат предложен способ получения карбамида, который включает взаимодействие аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза путем подачи в первую зону синтеза смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, при введении потоков свежих аммиака и диоксида углерода во вторую зону синтеза, давление в которой выше давления в первой зоне, вывода газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава из каждой зоны синтеза, абсорбции газообразных продуктов реакции, смешения потоков плава, поступающих из первой и второй зон синтеза, и разложения части содержащегося в плаве карбамата в отпарной зоне при давлении, равном давлению в первой зоне синтеза, в потоке свежего диоксида углерода при подводе тепла с отделением образовавшегося газового потока, его смешением с насыщенным на стадии абсорбции раствором УАС и свежим аммиаком и с подачей смеси в первую зону синтеза, при выводе из нижней части отпарной зоны частично отпаренного раствора карбамида и его последовательной обработке на стадии дистилляции низкого давления и стадиях выпаривания воды в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора УАС, используемого в качестве абсорбента на стадии абсорбции газообразных продуктов синтеза. В этом способе из плава, образовавшегося во второй зоне синтеза, перед его смешением с плавом, образовавшися в первой зоне синтеза, отделяют газы при давлении, равном давлению в первой зоне синтеза, и направляют их на стадию абсорбции или стадию смешения газов из отпарной зоны с раствором УАС и свежим аммиаком.

В рассматриваемой системе синтез карбамида в первой и второй зоне приводит к получению плавов синтеза карбамида различного состава. Это позволяет уменьшить общее количество неконвертированных реагентов, которые приходится отгонять из плава синтеза карбамида, и, соответственно, снизить энергетические затраты на их отгонку.

Процесс по предложенному способу можно осуществлять, подвергая плав синтеза карбамида из второй зоны синтеза дросселирования до давления первой зоны синтеза карбамида и простой адиабатической сепарации газов.

Предложены две модификации способа: 1) отделять газы из плава синтеза карбамида, образовавшегося во второй зоне синтеза, в токе газов из первой зоны синтеза; 2) отделять газы из плава синтеза карбамида, образовавшегося во второй зоне синтеза, в токе газообразных неконвертированных реагентов, отогнанных в отпарной зоне. Эти приемы увеличивают степень отделения газов из плава и снижают энергозатраты. Во всех примерах количества реагентов даны в кг/ч.

П р и м е р 1. Процесс получения карбамида проводят в двух зонах синтеза согласно фиг.1. В реактор 1, работающий при давлении 19 МПа, и 200oС, подают 22602 жидкого NH3 (поток 2) и поток 3, содержащий 13000 диоксида углерода и 500 инертов. Из реактора 1 потоком 4 отводят газовую фазу (3000 NH3, 500 инертов), которую направляют в конденсатор 5. Раствор из реактора 1 (поток 6), содержащий 13827 карбамида, 2860 CO2, 11767 NH3, 4149 H2O, подают в сепаратор 7, работающий при давлении 14 МПа. За счет адиабатического расширения в сепараторе происходит разделение жидкой и газовой фаз. Газовую фазу, содержащую 670 NH3, 150 CO2, 10 H2O (поток 8), направляют в скруббер 9, где ее смешивают с газовой фазой (поток 10: 6327 NH3, 5159 CO2, 362 H2O, 1500 инерты) и подвергают абсорбции-конденсации. Раствор из сепаратора 7 потоком 11, содержащим 11097 NH3, 2710 СO2, 13827 карбамида, 4139 H2O, подают в стриппер 12 для отгонки аммиака и карбамата аммония. В стриппер подают также поток 13 (38879 NH3, 25187 СO2 43940 карбамида, 26660 H2O). В стриппере происходит выделение аммиака и диоксида углерода из растворов за счет тепла, подводимого паром (давление 2,0 МПа). Для интенсификации процесса в нижнюю часть аппарата подают газообразный диоксид углерода поток 14 (29363 CO2, 1000 инерты). Подача диоксида углерода позволяет снизить парциальное давление NH3 в газовой фазе и значительно увеличить степени отгона аммиака и разложения карбамата аммония.

Газовую фазу из стриппера потоком 15, содержащим 37870 NH3, 45369 CO2, 36 H2O 1000 инертов, направляют в конденсатор 5, где вместе с потоками 4 и 16 (29236 NH3, 17200 CO2, 13804 H2O) она конденсируется. Теплота конденсации аммиака и образования карбамата аммония расходуется на образование пара (давление 0,35 МПа), используемого для выделения неконвертированных реагентов и воды на стадиях дистилляции и упаривания раствора карбамида. Полученная газожидкостная смесь потоком 17 (70106 NH3, 62569 CO2, 13840 H2O, 1500 инерты) поступает в реактор 18, где протекает реакция образования карбамида при давлении 14 МПа.

Раствор карбамида из стриппера (12106 NH3, 11891 CO2, 57767 карбамида, 30763 H2O) потоком 19 поступает на стадию дистилляции низкого давления в колонне 20, где происходит дальнейшее выделение в газовую фазу аммиака и CO2 при давлении 0,25 МПа. Полученный раствор карбамида из колонны 20 потоком 21 (1101 NH3, 437 CO2, 57767 карбамида, 28075 H2O) направляют на стадию вакуум-концентрирования. Газы дистилляции потоком 22, содержащим 11005 NH3, 11454 CO2, 2688 H2O, поступают в конденсатор-абсорбер 23, где осуществляется абсорбция газов слабым раствором УАС. Концентрирование раствора карбамида проводится в выпарных аппаратах 24, необходимое тепло подводится паром 0,35 МПа. Плав карбамида (поток 25), содержащий 57767 карбамида, 173 H2O, подают на стадию гранулирования (не показано), где получают 57940 готового продукта. Вакуум на стадии концентрирования раствора карбамида создают системой паровых эжекторов 26. Соковый пар конденсируется в системе конденсаторов 27, 28, охлаждаемых оборотной водой. В конденсатор 28 поступают также сдувки из конденсатора-абсорбера 23 (поток 29), содержащие 5 NH3, 1 H2O. Из конденсаторов поток 30, содержащий 1101 NH3, 437 CO2, 42110 H2O, подают в сборник 31, откуда насосом 32 часть раствора потоком 33 (156 NH3, 62 CO2, 5972 H2O) подают на орошение абсорбера 34. В нижнюю часть абсорбера потоком 35 (1225 NH3, 210 CO2, 36 H2O, 1500 инерты) поступает газовая фаза из скруббера 9. После абсорбции аммиака и CO2 инерты потоком 36 (1500) сбрасывают в атмосферу. Полученный в абсорбере раствор УАС потоком 37 (1381 NH3, 272 CO2, 6008 H2O) поступает в конденсатор 23. Часть конденсата сокового пара из сборника 31 потоком 38 (945 NH3, 375 CO2, 36138 H2) откачивают на стадию очистки сточных вод (не показано), где из раствора десорбируют NH3 и CO2 и потоком 39 (962 NH3, 375 CO2, 4773 H2O) возвращают в систему дистилляции.

Полученный в абсорбере 23 раствор УАС (поток 40: 13343 NH3, 12101 CO2, 13168 H2O) с помощью насоса 41 подают в скруббер 9, где используют в качестве абсорбента NH3 и CO2 из газовой фазы реакторов 1-ой и 2-ой зон синтеза. Из скруббера 9 раствор УАС потоком 42 (19115 NH3, 17200 CO2, 13804 H2O) с помощью эжектора 43 подают в конденсатор 5. Рабочим потоком эжектора служит жидкий аммиак (поток 44: 10121 NH3).

Процесс по предлагаемому способу характеризуется следующими показателями: Соотношение NH3 CO2 H2O (молярное) На выходе в реактор 1 4,5:1:0 На входе в реактор 18 2,9:1:0,54 Степень конверсии диоксида углерода: В реакторе 1 78,0 В реакторе 18 51,5 Суммарная по обоим реакторам 56,1.

Удельное количество отгоняемых веществ на стадиях дистилляции и выпаривания (в т на т карбамида): Карбамат аммония 0,861 Аммиак 0,502 Вода 0,530 Удельные затраты пара на обработку плава синтеза в Гкал/т карбамида - 0,670.

П р и м е р 2. Согласно фиг.2 в реактор 1, работающий при давлении 19 МПа и 200oС, потоком 2 подают жидкий аммиак (22602) и потоком 3 газообразную двуокись углерода (13000 CO2, 500 инерты). Из реактора 1 газовую фазу потоком 4, содержащим 3000 NH3, 500 инертов, направляют в конденсатор 5. Раствор, содержащий 13827 карбамида, 2860 CO2, 11767 NH3, 4149 H2O, потоком 6 подают в сепаратор 7, работающий при давлении 14 МПа. В этот же сепаратор поступает поток 8 несконденсированных газов (6327 NH3, 5159 CO2, 362 H2O, 1500 инертов) из реактора 9. В сепараторе 7 за счет дросселирования раствора карбамида и теплоты газов из реактора 9 происходит частичное разложение карбамата аммония и отгон избытка аммиака. Газовую фазу из сепаратора потоком 10 (7400 NH3, 5400 CO2, 368 H2O, 1500 инертов) направляют в скруббер высокого давления 11.

Раствор из сепаратора 7 потоком 12, в котором содержится 13827 карбамида, 2619 CO2, 10194 NH3, 4143 H2O, поступает в стриппер 13. Сюда же подают раствор из реактора 9 (поток 14: 38688 NH3, 24874 CO2, 44367 карбамида, 25539 H2O), работающего при давлении 14 МПа и 185oС. В нижнюю часть стриппера подают газообразный диоксид углерода 120oС (поток 15: 29676 CO2, 1000 инертов). В стриппере происходит разложение основного количества карбамата аммония из потоков 12 и 14. Необходимая для этого теплота подводится паром (давление 2,0 МПа). Газовая фаза из стриппера потоком 16, содержащим 37870 NH3, 45369 CO2, 36 H2O, 1000 инертов, поступает в конденсатор карбамата 5, где, смешиваясь со свежим аммиаком (поток 17: 10374 NH3) и потоком 4, конденсируется с выделением теплоты, расходуемой на получение пара низкого давления.

Полученная в конденсаторе 5 газожидкостная смесь потоком 18, содержащим 70106 NH3, 62569 CO2, 12591 H2O, 1500 инертов, поступает в реактор синтеза карбамида 9. Жидкую фазу из стриппера, содержащую 58194 карбамида, 11462 NH3, 11800 CO2, 29646 H2O, потоком 19 выводят в колонну дистилляции 20 при низком давлении (0,25 МПа), где для разложения карбамата аммония и отгонки аммиака используют пар низкого давления. Раствор карбамида из колонны 20 потоком 21 (58194 карбамида, 445 CO2, 1113 NH3, 28276 H2O) направляют на стадию вакуум-концентрирования. Газы дистилляции потоком 22, который содержит 10349 NH3, 11355 CO2, 1370 H2O, поступают в конденсатор-абсорбер 23, где осуществляется конденсация газов с образованием водного раствора УАС.

Концентрирование раствора карбамида проводят в выпарных аппаратах, необходимую теплоту подводят паром низкого давления. Плав карбамида потоком 25, после упаривания содержащий 58194 карбамида, 175 H2O, подают на стадию гранулирования (не показано), где получают 58369 товарного продукта.

Вакуум на стадии упаривания раствора карбамида создают системой паровых эжекторов 26. Соковый пар конденсируют в системе конденсаторов 27, 28, охлаждаемых водой. В конденсатор 28 поступает также поток 29 из конденсатора-абсорбера 23, содержащий 5 NH3, 1 H2O. Полученный конденсат сокового пара потоком 30, содержащим 1118 NH3, 445 CO2, 42190 H2O, выводят в сборник 31, откуда насосом 32 часть раствора (поток 33: 156 NH3, 62 CO2, 5907 H2O) подают на орошение абсорбера 34. В нижнюю часть абсорбера потоком 35 поступают газы из скруббера 11, содержащие 1225 NH3, 210 CO2, 36 H2O, 1500 инертов. После абсорбции аммиака и CO2 инерты сбрасывают в атмосферу (поток 36: 1500 инертов). Слабый раствор УАС, содержащий 1381 NH3, 272 CO2, 5943 H2O, потоком 37 поступает в конденсатор 23.

Часть конденсата сокового пара из сборника 31 потоком 38 (962 NH3, 383 CO2, 36283 H2O) направляют на установку очистки сточных вод (не показано) для десорбции содержащихся в нем NH3 и CO2. Газовую фазу после десорбции (962 NH3, 383 CO2, 4911 H2O поток 39) подают в конденсатор-абсорбер 23.

Раствор, полученный в конденсаторе 23, содержащий 12687 NH3, 12010 CO2, 12223 H2O (поток 40), насосом 41 подают в скруббер высокого давления 11, в котором происходит абсорбция-конденсация газовой фазы из сепаратора 7. Водный раствор УАС из скруббера 11 (поток 42: 18862 NH3, 17200 CO2, 12555 H2O) с помощью эжектора подают в конденсатор карбамата 5.

Процесс по предложенному способу характеризуется следующими показателями: Соотношение NH3 CO2 H2O На входе в реактор 1 4,5:1:0 На входе в реактор 9 2,9:1:0,49.

Степень конверсии диоксида углерода: В реакторе 1 78,0 В реакторе 52,0 Суммарная 56,6 Удельные количества (в т на 1 т карбамида) отгоняемых веществ на стадиях дистилляции и выпарки: Карбамат аммония 0,837 Избыточный аммиак 0,483 Вода 0,510 Удельные затраты пара на обработку раствора синтеза в Гкал/т карбамида: 0,656 П р и м е р 3. В реактор 1 (фиг.3), работающий при давлении 19,0 МПа и 200oС, подают жидкий аммиак (поток 2) в количестве 22602 25oС и газообразный диоксид углерода при 125oС (поток 3: 13000 CO2, 500 инерты). Из реактора выводят газовую фазу (поток 4), состоящую из 3000 NH3 и 500 инертов, в конденсатор карбамата 5. Раствор, содержащий 13827 карбамида, 2860 CO2, 11767 NH3, 4149 H2O (поток 6), направляют в сепаратор 7, где за счет снижения давления до 14 МПа и теплоты вводимых в сепаратор газов дистилляции происходит частичное разложение карбамата аммония и отгонка избыточного аммиака.

Раствор после сепаратора потоком 8 (10077 NH3, 2313 CO2, 13827 карбамида, 4143 H2O) подают в стриппер 9 для дальнейшей отгонки аммиака и CO2 из плава синтеза. Газ из сепаратора 7 потоком 10 (38943 NH3, 45610 CO2, 36 H2, 1000 инерты) подают в конденсатор карбамата 5, в котором происходит конденсация аммиака и образование карбамата аммония с выделением значительного количества тепла. Теплота расходуется на получение пара с давлением 0,4 МПа, используемого на ступенях дистилляции и упаривания раствора карбамида.

Полученную в конденсаторе 5 газожидкостную смесь, состоящую из 70106 NH3, 62569 CO2, 12585 H2O, 1500 инерты, потоком 1 подают в реактор 12, где происходит реакция образования карбамида при давлении 14 МПа. Газовая фаза из реактора с температурой 184oС потоком 13 (6327 NH3, 5159 CO2, 362 H2O, 1500 инерты) поступает в скруббер 14. Раствор из реактора 44317 карбамида, 38638 NH3, 24874 CO2, 25533 H2O) потоком 15 поступает в стриппер 9, где за счет теплоты пара (давление 2 МПа) протекает процесс разложения и выделения из раствора карбамата аммония и аммиака. С целью уменьшения парциального давления аммиака и повышения степени разложения карбамата и отгонки неконвертированных реагентов в стриппер подают газообразный диоксид углерода (поток 16: 29676 CO2, 100 инертов). Смесь газов из стриппера потоком 17 (57253 NH2, 45063 CO2, 30 H2O) подают в сепаратор 7. Раствор карбамида 170oС (11462 NH3, 11800 CO2, 58194 карбамида, 29646 H2 потоком 18 выводят из стриппера для дальнейшей обработки на стадии дистилляции низкого давления (0,35 МПа). В колонне дистилляции 19 происходит дальнейшее разложение и отгонка из раствора аммиака и CO2. Необходимую теплоту подводят с помощью пара низкого давления. Полученный раствор потоком 20 (1113 NH3, 445 CO2, 18194 карбамида, 28276 H2O) подают в систему вакуум-концентрирования 21. Газы дистилляции из колонны 19 потоком 22 (10349 NH3, 11355 CO2, 1370 H2O) поступают в конденсатор 23, где происходит конденсация-абсорбция с образованием водного раствора УАС.

Концентрирование плава карбамида осуществляют в выпарных аппаратах 21. Плав карбамида (поток 24) после упаривания, содержащий 58194 карбамида, 175 H2O, поступает на стадию гранулирования (не показано), где получают 58369 гранулированного карбамида. Вакуум на стадии выпарки создают системой паровых эжекторов 25. Соковый пар конденсируется в системе конденсаторов 26, 27. В конденсатор 26 поступает также газ из конденсатора 23 (поток 29), содержащий 5 NH3, 1 H2O.

Поток конденсата 30, содержащий 1118 NH3, 445 CO2, 42190 H2O, поступает в сборник 31. Насосом 32 часть конденсата, содержащую 156 NH3, 62 CO2, 5907 H2O (поток 33), подают на орошение абсорбера 34, куда поступает для очистки поток 35 газов из скруббера 14 (1215 NH3, 210 CO2, 36 H2O, 1500 инерты). В абсорбере происходит абсорбция NH3 и CO2 из инертных газов. После очистки потоком 36 (1500) инерты выбрасывают в атмосферу.

Раствор УАС (1381 NH3, 272 CO2, 5943 H2O), полученный в абсорбере 34, поступает потоком 37 в конденсатор 23.

Оставшуюся часть конденсата сокового пара из сборника 30 потоком 38 (962 NH3, 383 CO2, 36283 H2O) направляют для очистки от аммиака и CO2 на установку очистки сточных вод (не показано). Выделенные аммиак и CO2 в виде газов возвращают в конденсатор 23 потоком 39, содержащим 962 NH3, 383 CO2, 4911 H2.

Полученный на стадии абсорбции-конденсации водный раствор углеаммониевых солей насосом 40 подают (поток 41: 12687 NH3, 12010 CO2, 12223 H2O) в скруббер 14, где при давлении синтеза 14 МПа и 160oС происходит абсорбция-конденсация газов из реактора 12. Полученный раствор потоком 42 (17789 NH3, 16959 CO2, 12549 H2O) поступает в эжектор 43, а затем в смеси с аммиаком (поток 44: 10374 NH3) в конденсатор карбамата 5.

Процесс характеризуется следующими показателями: Соотношение NH3 CO2 H2O На выходе в реактор 1 4,5:1:0 На входе в реактор 12 2,9:1:0,59 Степень конверсии СO2 в реакторе 1 78 Степень конверсии CO2 в реакторе 12 52 Суммарная степень конверсии CO2 56,5 Удельные количества отгоняемых веществ на стадиях дистилляции и выпаривания (в т на 1 т карбамида): Карбамат аммония 9,818 Избыточный аммиак 0,476 Вода 0,510.

Удельные затраты пара на обработку плава синтеза, Гкал/т 0,645.

Формула изобретения

Способ получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза путем подачи в первую зону смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, при введении потоков свежих аммиака и диоксида углерода во вторую зону синтеза, давление в которой выше давления в первой зоне, вывода газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава из каждой зоны синтеза, абсорбции газообразных продуктов реакции, смешения потоков плава, поступающих из первой и второй зон синтеза, и разложения части содержащегося в плаве карбамата, в отпарной зоне при давлении, равном давлению в первой зоне синтеза, в потоке свежего диоксида углерода при подводе тепла с отделением образовавшегося газового потока, его смешением с насыщенным на стадии абсорбции раствором углеаммонийных солей и свежим аммиаком и с подачей смеси в первую зону синтеза, при выводе из нижней части отпарной зоны частично отпаренного раствора карбамида и его последовательной обработкой на стадии дистилляции низкого давления и стадиях выпаривания воды в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора углеаммонийных солей, используемого в качестве абсорбента на стадии абсорбции газообразных продуктов синтеза, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат, из сплава, образовавшегося во второй зоне синтеза, перед его смешением с плавом, образовавшимся в первой зоне синтеза, отделяют газы при давлении, равном давлению в первой зоне синтеза, и направляют их на стадию абсорбции или стадию смешения газов из отпарной зоны с раствором углеаммонийных солей и свежим аммиаком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение газов из плава синтеза карбамида, образовавшегося во второй зоне синтеза, осуществляют в токе газов из первой зоны синтеза.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение газов из сплава синтеза карбамида, образовавшегося во второй зоне синтеза, осуществляют в токе газообразных неконвертируемых реагентов, отогнанных в отпарной зоне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4