Способ синтеза мочевины (варианты)

Способ синтеза мочевины (варианты)

Реферат

 

Мочевину получают из аммиака и двуокиси углерода, которые подают на реакционную стадию, включающую, по крайней мере, две четко различающиеся реакционные зоны, которые функционируют практически при одном и том же давлении 130 - 180 кг/см², но при различных рабочих температурах, при этом упомянутое отличие составляет предпочтительно 5 - 60^oC. Продукты реакции на последующих стадиях разделения отделяют от непревращенных реагентов. Отделяемый газовый поток поступает из реакционной первой зоны, работающей при высокой температуре, во вторую зону, температура которой ниже. Жидкий поток, содержащий мочевину и/или карбамат аммония, поступает из второй зоны в первую, при этом упомянутый газообразный поток должен составлять предпочтительно не менее 5% по весу относительно жидкого потока, выходящего из первой зоны и поступающего на следующие стадии разделения. В потоке, выходящем из реакционной стадии, поддерживается отношение мочевина : (мочевина + карбамат) выше 70%. Предпочтительно перед вторым реактором на линии подачи газообразной смеси располагают конденсатор. В качестве второго реактора может быть использован теплообменник-дефлегматор, расположенный предпочтительно на верху первого реактора и оборудованный набором пластин для сообщения с первым реактором. Способ также предназначен для усовершенствования действующего процесса получения мочевины. В результате конверсия двуокиси углерода достигает 70 - 85% без увеличения давления процесса, снижаются эксплуатационные расходы. 2 с. и 32 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза мочевины, включающему две отдельные реакционные зоны.

В частности, настоящее изобретение относится к способу, для которого характерна высокая степень конверсии в процессе синтеза мочевины, который включает взаимодействие аммиака и двуокиси углерода, осуществляемое, по крайней мере, в две стадии и практически при одном том же высоком значении давления, последующее отделение мочевины от смеси, содержащей непрореагировавшие продукты, и возвращение их для повторной обработки еще хотя бы на одну реакционную стадию.

Мочевина представляет собой широко распространенный промышленный продукт, используемый обычно как удобрение, однако она также находит применение в фармацевтической области и в производстве полимерных материалов (мочевинно-формальдегидных смол).

Практически все способы промышленного изготовления мочевины основаны на проведении прямого синтеза в соответствии с приведенной ниже полной реакцией: 2NH₃ + CO₂ <---> CO(NH₂)₂ + H₂O (I) Указанная реакция осуществляется в две четко различающиеся стадии с образованием в качестве промежуточного продукта карбамата аммония: NH₃ + CО₂ <---> (NH₂)COONH₄ (1a) (NH₂)COONH₄ <---> CO(NH₂)₂+H₂O (1b) На первом этапе (1а) проходит экзотермическая реакция, равновесие которой при комнатной температуре смещается вправо (в сторону образования карбамата аммония), при этом требуется высокое давление для того, чтобы создать благоприятные условия для смещения при высоких температурах равновесия реакции в сторону осуществления следующей стадии (1b) с получением удовлетворительного выхода. На втором этапе (1b) имеет место эндотермическая реакция, которая только при высоких температурах (> 150^oC) достигает удовлетворительных значений скорости реакции для целей применения в процессе промышленного производства, однако для нее характерно такое состояние равновесия, при котором конверсия CO₂ в стехиометрической смеси реагентов при температуре 185^oC происходит не более чем на 53%. Указанная неудовлетворительная степень конверсии может быть поднята за счет увеличения соотношения NH₃/CO₂, которое затем вновь снижается при добавлении воды. Последняя обработка оказывает также неблагоприятное воздействие на общую кинетику процесса.

Обычно обе вышеприведенные стадии процесса происходят одновременно в одном реакторе, и в этой связи реакционная смесь включает мочевину, воду, аммиак, двуокись углерода и карбамат аммония в относительных концентрациях, зависящих в разных точках реактора от различных термодинамических и кинетических факторов, которые вносят свой вклад в течение процесса.

Процессы такого рода, используемые для промышленного получения мочевины, достаточно полно описаны в специальной литературе. Подробный обзор способов, используемых для промышленного получения мочевины, приведен, например, в публикации "Энциклопедия по химической технологии" ("Encyclopedia of Chemical Technology", Ed. Kirk-Othmer, Wiley Interscience, third ed., 1983, vol. 23, pp. 551-561).

В процессах промышленного получения мочевины синтез проводят обычно в диапазоне температур от 170 до 200^oC при давлении не менее 130 ата в реакторе, в который подают NH₃, CO₂ и водные растворы карбоната аммония (нестабильного предшественника карбамата - (NH₄)₂CO₃) и/или карбмата, поступающие из рециркулирующих потоков непревращенных реагентов, так что происходит образование жидкой фазы со значениями молярного коэффициента NH₃/CO₂ в диапазоне от 2,5 до 4,5, вычисленными на основе суммы питающих потоков. Молярный коэффициент H₂O/CO₂ потока, подаваемого в реактор, составляет обычно от 0,5 до 0,6. В этих условиях выходящий из реактора продукт характеризуется уровнем конверсии от 50 до 65% относительно подаваемого CO₂. При этом в связи с образованием воды и наличием в питании избытка NH₃ вытекающий из реактора поток содержит все еще высокие количества непревращенного CO₂ преимущественно в виде непревращенного карбамата аммония.

Отделение мочевины от этих продуктов осуществляется в нескольких функциональных отсеках при высокой температуре и сниженном давлении, при этом происходит как разложение карбамата аммония до NH₃ и CO₂ (образуемые продукты направляются в реактор для рециркуляции), так и выпаривание воды из реакционной смеси, так что в результате получают мочевину высокой степени чистоты, пригодную для направления на следующую стадию гранулирования.

Секция, в которой производится разделение продуктов и направление карбамата на рециркуляцию, характеризуется высокими затратами на капитальные вложения, которые, в свою очередь, значительно влияют на стоимость конечного продукта. Из этой секции смесь CO₂ и часть NH₃, которые одновременно присутствуют в ней, становятся доступными для рециркуляции в виде аммониевых солей (в виде карбоната и/или бикарбоната, и/или карбамата в зависимости от температуры), что приводит к необходимости использования воды в качестве растворителя для перемещения их с целью избежания осаждения солей и последующего блокирования нужных линий. Однако возвращение воды в реактор может, в свою очередь, привести к снижению степени конверсии в качестве побочного эффекта реакции (1b). С целью более четкого объяснения вышеприведенных процедур следует отметить, что количество воды, направляемое обычно для рециркуляции в реактор, приблизительно равняется ее количеству, образуемому в ходе реакции, так что в результате этого количество воды внутри реактора удваивается. В частности, традиционные реакторы были забракованы именно в связи с высокой концентрацией воды, возникающей сразу с момента начала реакции, при этом упомянутая концентрация продолжает повышаться и дальше, достигая максимума в терминальной зоне реактора, где, наоборот, было бы полезно для индуцирования процесса конверсии остаточного карбмата иметь как можно меньшую концентрацию воды. Известные в технике способы, которые действуют в рамках вышеприведенной общей схемы, описаны, например, в патентах США 4092358, 4208347, 4801745 и 4354040.

С целью повышения уровня конверсии двуокиси углерода в мочевину был предложен способ синтеза, включающий, по крайней мере, две реакционные зоны, которые отделены друг от друга и функционируют в разных условиях температуры и давления. Так, например, опубликованная Европейская заявка на патент 544056 содержит описание процесса, включающего две независимые реакционные зоны, в которые подаются аммиак и двуокись углерода, при этом одна из упомянутых зон функционирует в традиционном режиме, тогда как другая работает при повышенных значениях температуры и давления, соответственно выше 200^oC и 300 бар. Несмотря на то, что такая организация процесса позволяет увеличить общий уровень конверсии за один проход, использование таких высоких значений температуры и давления во второй реакционной зоне создает проблемы безопасности и коррозии используемого для этого оборудования, а это, в свою очередь, приводит к увеличению затрат на капитальные вложения и эксплуатационные расходы.

В настоящее время сохраняется большая потребность в способах производства мочевины, отличающихся повышенной производительностью в сочетании со сниженными энергопотреблением, затратами на капитальные вложения и эксплуатационными расходами, особенно если рассматривать его в приложении к продукту, характеризующемуся широким диапазоном применения и низкой добавленной стоимостью, в случае которого возникает потребность в эксплуатации заводов большой емкости, производящих до 2000 тонн в сутки, а усовершенствования, направленные на улучшение выхода продукта и/или показателей энергопотребления в расчете на единицу произведенного продукта, даже если они производят впечатление не очень значительных, способны привести к большим экономическим выгодам.

Заявитель нашел способ, который оказался свободным от упомянутых выше трудностей и ограничений, которые свойственны традиционным промышленным процессам, и в том числе не требует использования чрезвычайно высокого давления, достигая при пропускании CO₂ степени конверсии его в мочевину более чем на 65%, а в норме в пределах от 70 до 85% в зависимости от условий функционирования и характера используемой установки.

В этой связи настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода с образованием карбамата аммония в качестве промежуточного соединения, который включает: (а) взаимодействие на реакционной стадии аммиака и двуокиси углерода при поддержании общего давления от 90 до 250 ата с поддержанием молярного отношения NH₃/CO₂ как таковых или в виде карбамата аммония в пределах от значений 2,1 до 10,0, предпочтительно от 2,1 до 6,0, с образованием первой жидкой смеси, содержащей мочевину, карбамат аммония, воду и аммиак; (б) перенос упомянутой жидкой смеси как минимум на одну стадию разложения-упаривания; (в) нагревание упомянутой первой жидкой смеси на упомянутой стадии разложения-упаривания, используя для этого в основном то же самое давление, которое было применено на предыдущей стадии (а) с достижением разложения хотя бы части имеющегося на этой стадии карбамата аммония и образования первой газообразной смеси, содержащей аммиак и двуокись углерода, а также второй жидкой смеси, содержащей мочевину, воду, аммиак и не разложившуюся часть карбамата аммония; (г) перенос, по крайней мере, части первой газообразной смеси как минимум на одну стадию конденсации, на которой практикуется применение в основном того же самого давления, что и на стадии (а), и конденсирование перенесенной смеси с образованием третьей жидкой смеси, содержащей карбамат аммония, воду и аммиак; (д) перенос упомянутой третьей жидкой смеси и оставшейся части первой газообразной смеси на реакционную стадию (а); (е) регенерацию мочевины, содержащейся во второй жидкой смеси в результате одной или более последовательных стадий разложения, конденсации и разделения с получением практически чистой мочевины и введения в рецикл синтеза непрореагировавших аммиака и двуокиси углерода (самих по себе или в виде карбмата аммония), который характеризуется тем, что: вышеупомянутая реакционная стадия (а) осуществляется с участием, по крайней мере, двух четко различающихся зон, сообщающихся друг с другом и поддерживаемых практически при одном и том же давлении, с тем условием, что первая зона функционирует в диапазоне температур от 170 до 230^oC с образованием упомянутых первой жидкой смеси и второй преимущественно газообразной смеси, содержащих в основном аммиак, воду, двуокись углерода и по мере прохождения реакции инертные газы, а вторая зона функционирует при более низкой температуре, чем первая, так что, по крайней мере, 5% по весу второй преимущественно газообразной смеси относительно веса вышеупомянутой первой жидкой смеси, а предпочтительно количество, равное или более 10% по весу, более предпочтительно в количестве от 20 до 40% по весу, переносят из первой во вторую зону с последующим образованием в ней еще одной жидкой смеси, содержащей аммиак, карбамат аммония и, в конечном счете, мочевину, которую вновь переводят из второй зоны в первую реакционную зону.

Термин "сообщающиеся" используется в контексте настоящего описания и в формуле изобретения применительно к двум различным зонам или аппаратам, применяемым по способу настоящего изобретения, подразумевая при этом, что количества материала, на постоянной основе или через интервалы времени, обмениваются друг с другом либо непосредственно, с помощью одной или более соединительных линий, либо опосредованно, с применением способа, включающего функционирование как соединительных линий, так и других участков оборудования.

В соответствии со способом настоящего изобретения, который обычно используется в непрерывном режиме на соответствующей установке, практикуют непрерывную подачу свежих аммиака и двуокиси углерода на установку до достижения баланса соответствующего количества реагентов, используемых для образования мочевины, которая имеет место на выходе секции окончательного разделения и гранулирования описываемой установки. Все оборудование, входящее в контакт с коррозирующими смесями, содержащими аммиак, воду, карбамат аммония и двуокись углерода, как таковыми или смешанными друг с другом, обычно изготавливают или покрывают устойчивыми к коррозии металлами или сплавами, в соответствии с нормами и правилами, предъявляемыми к конструкциям, используемым в установках такого типа.

Свежие аммиак и двуокись углерода могут поступать непосредственно на реакционную стадию, однако предпочтительно они используются, по крайней мере, частично в качестве движущейся жидкости в одном или более эжекторов с целью придания необходимого напора рециркулирующим жидкостям, таким, например, как первый газовый поток, выходящий со стадии упаривания (в), и/или карбамат аммиака, поступающий со стадии конденсации (г). Для этой цели используют предпочтительно аммиак.

Альтернативно или одновременно с использованием эжекторов могут использоваться свежие аммиак или двуокись углерода либо полностью, либо частично в качестве вымывающей жидкости в выпарном аппарате и/или направляться непосредственно в конденсатор.

Как уже указывалось, реакционная стадия (а) осуществляется с участием двух четко различающихся зон, функционирующих практически при одном и том же значении давления в диапазоне от 90 до 250 ата, предпочтительно при давлении от 130 до 180 ата. Термин "практически при одном и том же давлении" означает в контексте настоящего изобретения и формулы изобретения, что допускаются небольшие различия в давлении, однако не очень значительные относительно имеющегося внутри значения давления. Сюда входят также небольшие вариации давления, которые могут возникнуть в результате определенного расположения установки, а также под влиянием различной высоты интересующих зон и/или под воздействием использования эжекторов.

При проведении процесса по способу настоящего изобретения на стадии (а) практикуют использование избытка аммиака над двуокисью углерода относительно их стехиометрического соотношения с целью продуцирования карбамата аммония и, следовательно, мочевины (2/1, в молях), при этом поток, покидающий первый реактор, и, как правило, большая часть жидких потоков, которые образуются в соответствии с настоящим способом, обычно содержат избыток аммиака. В ходе настоящего описания следует остановиться на составе этих жидких потоков и смесей (а также двухфазных систем), полагая традиционно, что вся двуокись углерода находится в виде карбамата аммония, а оставшийся избыток аммиака представлен в виде раствора свободного аммиака или, еще проще, в виде аммиака самого по себе.

Кроме того, для упрощения настоящего описания термин "жидкость" используется применительно как к потокам, так и к смесям настоящего процесса, без проведения между ними различий, которые состоят либо из единственной жидкой фазы, либо из смешанной парожидкостной, в которой преобладает жидкость (составляет более 50% по весу).

По способу настоящего описания все жидкие потоки, содержащие карбамат аммония, находятся преимущественно при температуре, равной 130^oC или выше.

И наконец, в соответствии с настоящим изобретением термин "газовый" используется применительно к тем потокам или смесям, в которых жидкая фаза по существу отсутствует, тогда как термин "преимущественно газообразная", применяемый в отношении к реакционным смесям или потокам, следует интерпретировать таким образом, что и газ, и жидкость присутствуют в состоянии равновесия, однако газовая фаза составляет более 50% по весу, предпочтительно более 70% по весу, по отношению к общему весу (или общей массе движущегося потока, в норме потока в непрерывном процессе) интересующей смеси.

В соответствии с настоящим изобретением упомянутая выше первая из двух реакционных зон функционирует в диапазоне температур от 170 до 230^oC, а предпочтительно от 190 до 210^oC. Различные потоки, происходящие от рециклирующего карбамата, не трансформированного в мочевину, и избыток мочевины, поступающей от расположенных ниже стадий разделения, а также питающие потоки, несущие свежие реагенты (последний компонент может быть смешан с рециркулирующими потоками), равно как и еще один жидкий поток, поступающий из второй реакционной зоны, преимущественно направляются для питания этой первой реакционной зоны. Значения молярного соотношения: аммиак/двуокись углерода в общем питании составляют предпочтительно от 2,1 до 6,0, более предпочтительно от 2,5 до 4,5. Условия в первой реакционной зоне (или в основном реакторе) способствуют формированию значительного количества паровой фазы, смешанной с жидкой фазой, при этом паровая фаза концентрируется в верхней части реактора, так что вершина состоит преимущественно из газовой фазы, которая переносится затем во вторую зону.

Кроме того, что первая реакционная зона функционирует в условиях повышенных температур, она также отражает, в основном, характеристики нормального реактора, применяемого для синтеза мочевины в ходе традиционного процесса. Реактор в нормальной ситуации снабжен несколькими пластинами, относящимися к тому типу, который был отобран из различных известных в технике типов с целью создания оптимальных условий для прохождения потоков. Реактор может, в свою очередь, быть разделен на несколько реакционных зон, подходящим образом связанных одна с другой, предпочтительно с образованием каскада, при этом, возможно, на разных высотах будут использоваться разные питающие потоки.

Повышают температуру, при этом в более общем случае температурный режим реактора в первой зоне стадии (а) может регулироваться температурным уровнем питающих потоков двуокиси углерода и/или аммиака, направляемыми в реактор, и/или на основе разделения таких питающих потоков между выпарным аппаратом, конденсатором и реактором и/или посредством контроля количества теплоты, оставляемой в конденсаторе.

Первый реактор должен обладать удерживающей способностью для жидкости, с тем чтобы обеспечить время пребывания в установке в пределах от нескольких до десятков минут, предпочтительно в диапазоне от 5 до 40 минут, для того, чтобы дать возможность осуществить дегидратацию карбамата аммония, образованного в результате реакции аммиака с двуокисью углерода, до мочевины.

Вторая реакционная зона в соответствии с настоящим изобретением функционирует при температурах, более низких, чем в первой зоне, обычно в диапазоне от 140 до 200^oC, предпочтительно от 150 до 185^oC, при наличии температурных различий между этими двумя зонами предпочтительно в диапазоне значений от 5 до 60^oC. Ее питают вторым предпочтительно газообразным потоком, поступающим с вершины первой зоны, который в основном включает аммиак, воду, двуокись углерода и, возможно, инертный газ, такой как азот, аргон, а также небольшие количества кислорода, вводимого для ограничения коррозии установок в соответствии с известными в технике методами. В связи с возможностью использования для питания второй реакционной зоны также части реагентов в виде аммиака и двуокиси углерода, необходимых для компенсации трансформированного в мочевину и/или использованного для питания их количества, как полностью, так и частично, вышеупомянутая первая газообразная смесь, выходящая из выпарного аппарата на стадии (в), не исключается из охвата настоящего изобретения. Молярные отношения: аммиак/двуокись углерода в этой второй реакционной зоне, в норме зависящие от условий работы реактора в первой реакционной зоне, определяют состав преимущественного газообразного потока, подаваемого во вторую зону. Молярные отношения могут, однако, варьировать в пределах относительно широкого диапазона, в зависимости от условий перегонки, характерных для установки, и составляют предпочтительно в общем потоке, питающем второй реактор, от 2,1 до 7,0.

Вторая реакционная зона стадии (а) настоящего способа включает в норме реактор, снабженный теми же самыми антикоррозийными приспособлениями, которые были упомянуты выше. Она может состоять, например, из второго реактора, отделенного от первого, перед которым помещен конденсатор, находящийся на питающей линии, идущей от первого реактора, или может состоять из конденсаторного теплообменника, выделяющего пар или тепло для нагревания различных жидкостей или потоков, в которых конденсаторный теплообменник может совпадать с тем же самым конденсатором, как и на стадии (г).

В частном варианте настоящего изобретения вторая реакционная зона осуществляется в обменнике-дефлегматоре, расположенном на вершине первого реактора, что приводит к получению на практике единого прибора. Этот обменник-дефлегматор отделен от основного реактора, расположенного ниже, элементом, представляющим собой, например, мембрану или контактную пластину, которые снабжены устройством, позволяющим осуществлять проход паровой фазы от первой ко второй реакционной зоне, и сбор жидкости, образованной во второй зоне. Упомянутая жидкость переносится в расположенный ниже основной реактор с помощью соответствующих линий для рециркуляции, с тем чтобы предпочтительно осуществлять подачу в нижнюю его часть.

В соответствии со способом настоящего изобретения образование карбамата аммония в упомянутой второй зоне происходит в соответствии с реакцией (1а), которой благоприятствует сниженная в сравнении с первой зоной температура, а, кроме того, по-видимому, в ней осуществляется частичное образование мочевины в соответствии с реакцией (1b) в зависимости от условий функционирования второго реактора. Вследствие этого происходит образование жидкой смеси, содержащей карбамат аммония и остаточное количество аммиака от имевшегося в питающем потоке его избытка и предпочтительно включающей также мочевину и соответственно образованную воду. Затем эту жидкую смесь переносят и вновь вводят в первую реакционную зону, подавая преимущественно в ее нижнюю часть. Она может быть также объединена с рециркулирующими жидкими потоками, поступающими из секций, расположенных ниже от стадии (а), перед вводом в реакционную зону на повторную обработку.

Использование во второй реакционной зоне реактора, которому предшествует обменник/конденсатор, питаемый преимущественно газообразным потоком, поступающим из первого реактора, дает возможность значительно повысить количество мочевины (а также карбамата), образуемых во вторичном реакторе; альтернативное использование в качестве вторичного реактора единственного конденсатора, расположенного выше основного реактора, или реактора, характеризующегося ограниченным временем пребывания и в основном высокой скоростью реакции, приводит к преимущественному образованию карбамата; в обоих случаях жидкая смесь, покидающая реакционную стадию (а) и направляемая в конденсатор, состоит из потока с пониженной концентрацией карбамата, возникшей в связи с повышенным температурным уровнем основного реактора.

В соответствии с настоящим изобретением существенно, что соответствующее количество преимущественно газообразной смеси, которая образуется в первой реакционной зоне, переносится во вторую реакционную зону. Этот перенос может быть осуществлен с помощью различных способов в зависимости от условий функционирования синтетического цикла и от схемы процесса. В частности, например, газовая смесь может быть уже в первой зоне отделена от первой жидкой смеси, выходящей из реакционной стадии, и направлена во вторую зону из головной части первого реактора. Или упомянутые первая жидкая смесь и газовая смесь могут быть отобраны вместе в виде единой двухфазной смеси из первой реакционной зоны с последующим разделением на два компонента фаз (жидкий и газообразный, с помощью, например, подходящего сепаратора фаз) и перенесены соответственно во вторую реакционную зону и на вышеупомянутую стадию разложения-упаривания (в). В последнем случае разделение двух фаз может иметь место на входе той же самой стадии разложения-упаривания с использованием, например, головной части выпарного аппарата в качестве сепаратора фаз, на которую подают двухфазную смесь.

По способу настоящего изобретения третий газовый поток, обогащенный инертными продуктами, которые должны быть выгружены, может быть отделен от головной части второй реакционной зоны. Этот газовый поток, перед разгрузкой инертных продуктов, подвергают конденсации с возможным использованием фазового сепаратора, регенерируя при этом содержащиеся в нем аммиак и двуокись углерода, которые затем направляются на рециркуляцию непосредственно на одну из двух реакционных зон.

В другом варианте изобретения эта третья газовая смесь подвергается противоточному промыванию с применением рециркулирующего газообразного потока, поступающего со стадии (a), что приводит к образованию газообразной фазы, содержащей в основном инертные продукты, которые выгружаются, и жидкого потока, который, как правило, подается в конденсатор.

Еще в одном варианте настоящего изобретения третий газовый поток направляют на рециркуляцию с использованием его в качестве вымывающего агента в один из аппаратов, необходимых для осуществления стадии (e), таких, например, как секция концентрирования и очистки мочевины или секция разложения карбамата при среднем или низком давлении.

Стадия разложения-упаривания (в) в норме осуществляется в выпарном аппарате, обычно нагреваемом опосредованно с помощью пара, находящимся под высоким давлением. Температура в выпарном аппарате составляет в норме от 160 до 220^oC, тогда как давление должно либо равняться, либо быть незначительно ниже значений, характерных для реактора, с целью создания благоприятных условий для направления на рециркуляцию разложившихся продуктов (первого газового потока) с помощью эжекторов или с применением расположенного на разной высоте оборудования.

В вышеупомянутых условиях карбамат аммония проявляет тенденцию к быстрому разложению с образованием аммиака и двуокиси углерода, которые одновременно удаляются из жидкой фазы при упаривании, тогда как мочевина, уже образовавшаяся в реакторе, остается практически неизменной. Упаривание может осуществляться с использованием свежих аммиака или двуокиси углерода в качестве газа-носителя. В литературе описаны различные примеры способов синтеза мочевины с использованием вышеупомянутого принципа. Так, например, патент США 3356723 СТАМИКАРБОН (STAMICARBON) описывает использование двуокиси углерода в качестве инертного газа, используемого в процессе выпаривания. С другой стороны, Патент Великобритания GB 1016220 СНАМПРОГЕТТИ (SNAMPROGETTI) описывает использование аммиака с той же целью.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения стадия разложения-упаривания проводится с использованием в качестве газа-носителя того самого аммиака, который присутствует в избытке в потоке, выходящем из реактора. Дальнейшие детали этой используемой в предпочтительном варианте технологии могут быть найдены, например, в Патенте США 3876696 СНАМПРОГЕТТИ (SNAMPROGETTI), содержание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки. Эта технология обозначается далее в изобретении термином "аутоупаривание".

В соответствии с настоящим изобретением стадия разложения-упаривания может также выполняться с привлечением двух последовательно соединенных участков оборудования (выпарных секций), возможно, различного типа, функционирующих в отличающихся друг от друга условиях, как это описано, например, в Патенте Великобритании GB 1581505, содержание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки.

В соответствии с настоящим изобретением первую газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и воду, получают на стадии разложения и упаривания (в), которая характеризуется в норме наличием воды в диапазоне от 0,0 до 15%, предпочтительно от 0,5 до 10,0% по весу, от общего веса газовой смеси. Содержание воды приблизительно соответствует тому ее количеству, которое в норме образуется в операциях упаривания, осуществляемых при высоком давлении в соответствии с вышеописанным способом.

Стадия (в) может проводиться с использованием, в качестве инертного газа для процесса выпаривания, подходящего количества газовой смеси, которая образуется на стадии (а) либо в первой, либо во второй реакционной зоне. Так, например, количество газовой смеси, которое переносится на стадию (в) в качестве вещества, способствующего выпариванию, может представлять собой часть газовой смеси, выходящей из первой реакционной зоны, тогда как оставшаяся часть, переносимая независимо во вторую реакционную зону, или упомянутая газовая смесь могут представлять собой газообразный поток, содержащий инертный газ, отбираемый из головной части второй реакционной зоны.

В соответствии с частным вариантом настоящего изобретения вся упомянутая вторая преимущественно газообразная смесь, отбираемая из первой реакционной зоны, перед подачей во вторую реакционную зону пропускается через упомянутую стадию разложения-упаривания. Предпочтительно в этом случае, чтобы вторая реакционная зона совпадала с конденсатором, имеющимся на стадии конденсации (г). Газовая смесь из второй реакционной зоны и газы, образованные в ходе стадии разложения-упаривания, смешиваются и подаются вместе в конденсатор - второй реактор. При этом в ходе осуществления процесса настоящего изобретения, в соответствии с его частным вариантом, достигается помимо увеличения степени конверсии реагирующих веществ дополнительное преимущество, заключающееся в повышении эффективности функционирования стадии разложения-упаривания, вследствие чего вторая жидкая смесь, выходящая из нижней части выпарной секции, содержит меньшее количество непрореагировавшего карбамата аммония, предпочтительно менее 5% по весу. Следовательно, стадия разделения (е) является намного менее дорогостоящей с точки зрения затрат на функционирование и на капитальные вложения, чем соответствующая стадия в традиционных процессах, а также характеризуется меньшей потребностью в воде для возвращения карбамата с целью повторной обработки на реакционную стадию.

Стадия разложения-упаривания (в) выполняется обычно на оборудовании, снабженном связкой труб, с применением технологии образования жидких пленочных капель. Предпочтительно смесь, покидающая реактор, вместе, по крайней мере, с частью четвертой жидкой реакционной смеси, поступающей со стадий, расположенных ниже выпарной секции, подается в головную часть оборудования и образует пленочную каплю на стенах связки труб. Другие известные виды оборудования, подходящие для описываемой цели, также могут использоваться по способу настоящего изобретения.

Стадия конденсации (г) способа настоящего изобретения в норме осуществляется в подходящих конденсаторах, например в конденсаторах в связке труб, в которых для нагревания других жидкостей используют теплоту конденсации. Упомянутая теплота конденсации используется предпочтительно для образования пара, но может также применяться для непосредственного снабжения теплом последующих стадий разложения карбамата аммония при среднем или низком давлении. Стадия конденсации может проводиться в обычных условиях (температура, давление и состав), применяемых в известных процессах, при условии, что их значения таковы, чтобы препятствовать образованию твердых накипей или отложений карбомата аммония в конденсаторе и/или линиях, отходящих от конденсатора. Конденсация проводится в основном при температурах выше 140^oC, предпочтительно в диапазоне температур от 150 до 180^oC, при давлении незначительно ниже давления в реакторе.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения не вся первая газовая смесь, поступающая от стадии упаривания (в), направляется в конденсатор (г), но часть ее, предпочтительно от 5 до 50% по весу, направляется в качестве таковой на реакционную стадию (предпочтительно в первую зону, функционирующую при повышенной температуре) для создания условий, благоприятствующих энтальпическому контролю реактора.

Перенос третьей жидкой смеси от конденсатора на стадии (г) на реакционную стадию (а), а также в том случае, если есть потребность в части неконденсированной газовой смеси, выходящей из выпарной секции, осуществляется в норме на стадии (д) с помощью эжекторов или падения (жидкой смеси). Различия в давлении, которые следует компенсировать за счет циркуляции интересующих потоков, достаточно малы, чтобы вызвать необходимость применения устройств для создания механического напора. В эжекторах в качестве движущей жидкости предпочтительно используется аммиак. Вышеприведенные смеси предпочтительно переносят на первую реакционную зону стадии (а).

Отделение мочевины от аммиака и карбамата аммония, все еще присутствующих во втором жидком потоке, покидающем стадию разложения-упаривания, проводится в соответствии со стадией (е) настоящего способа в ходе последовательного проведения процессов разложения (карбамата аммония) и разделения в секциях, функционирующих при среднем (от 15 до 25 ата) и/или низком давлении (от 3 до 8 ата). Для целей настоящего изобретения эта стадия разделения (е) может выполняться с применением любого метода, описанного в специфической литературе по данному профилю, который позволяет добиться рециркуляции жидкого потока, содержащего водный раствор карбамата аммония, и, возможно, также потока, который в норме подвергается повторной компрессии и соединяется с подаваемым свежим потоком аммиака.

Секции разложения, разделения и очистки, пригодные для целей настоящего изобретения, могут быть представлены, например, теми из них, которые изображены схематически на рисунках 1 - 5 упомянутой ранее публикации "Энциклопедия по химической технологии" (Encyclopedia of Chemical Technology).

Мочевина, практически отделенная от всего остаточного количества карбамата аммония на стадиях разложения и упаривания при среднем и низком значениях давления, направляется затем на конечную стадию дегидратации под вакуумом (вплоть до 0,1 ата), в ходе которой происходит удаление воды и завершается отделение от карбамата, что приводит к получению, с одной стороны, загрязненной отходами воды, а с другой стороны, практически чистой мочевины, которая направляется далее для проведения обычных процессов: гранулирования и т. д. Полученная таким образом загрязненная отходами вода, после проведения ра