Способ разложения водного раствора карбамата, поступающего из секции выделения мочевины установки для получения мочевины

Способ разложения водного раствора карбамата, поступающего из секции выделения мочевины установки для получения мочевины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к получению мочевины. В частности, изобретение относится к способу разложения водного раствора карбамата, проступающего из секции выделения мочевины установки для получения мочевины. Такой водный раствор карбамата в дальнейшем называется также "рецикловым раствором карбамата".

Предпосылки создания изобретения

В настоящее время известно достаточно много способов получения мочевины, основанных по существу на проведении в реакционном пространстве или в реакторе реакции взаимодействия между подаваемыми в него аммиаком и диоксидом углерода и выделении из выходящего из реакционного пространства раствора мочевины содержащихся в нем непрореагировавших веществ, в частности аммиака, диоксида углерода и карбамата в водном растворе, которые затем подают обратно в реакционное пространство.

Для получения мочевины таким способом на установке для получения мочевины за реакционным пространством устанавливают работающий при таком же, что и в реакционном пространстве, давлении аппарат для разложения карбамата, в котором в результате соответствующей обработки выходящего из реакционного пространства раствора мочевины происходит частичное разложение карбамата и частичное выделение из раствора свободного аммиака. В аппарате для разложения карбамата получают содержащий аммиак и диоксид углерода в паровой фазе поток, который возвращают обратно в реакционное пространство, и содержащий мочевину и остаток карбамата в водном растворе поток.

На установке для получения мочевины имеется также секция выделения мочевины, в которой в результате отделения от мочевины оставшегося карбамата получают карбамат в водном растворе, который возвращают обратно в реакционное пространство.

Аппарат для разложения карбамата обычно выполняют в виде теплообменника с пучком вертикальных труб. Разложение карбамата в таком аппарате происходит в результате нагрева раствора мочевины, стекающего вниз в виде пленки по внутренней поверхности труб, соответствующим текучим теплоносителем, в частности водяным паром, который нагревает трубы снаружи. В результате такого нагрева из раствора мочевины выпариваются (методом теплового выпаривания) непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода.

При выпаривании диоксидом углерода для разложения карбамата используют поток газа, содержащего свежий диоксид углерода, который пропускают снизу вверх через упомянутые трубы.

При получении мочевины способом, предложенным в ЕР-А-0796244, проводят дополнительное частичное разложение полученного в секции выделения мочевины водного раствора карбамата, который затем возвращают обратно в реакционное пространство.

При таком дополнительном частичном разложении водного раствора карбамата существенно снижается количество возвращаемой в реакционное пространство воды, повышается конверсионный выход и увеличивается производительность всей установки для получения мочевины.

При реализации такого способа получения мочевины на установке для получения мочевины используют отдельный аппарат, предназначенный для частичного разложения по меньшей мере части раствора карбамата, поступающего из секции выделения мочевины (рециклового раствора карбамата), в котором в результате частичного разложения или выпаривания получают дополнительный поток, содержащий пары аммиака и диоксида углерода, которые конденсируют и возвращают обратно в реакционное пространство.

При всех своих преимуществах такой способ получения мочевины обладает и определенным недостатком, связанным с недостаточно эффективным разложением карбамата в упомянутом выше предназначенном для этого аппарате.

По результатам проведенных при создании настоящего изобретения исследований неожиданно было установлено, что в трубах аппарата, предназначенного для разложения карбамата, прежде всего в верхней части трубного пучка, часто происходит разрыв стекающей вниз пленки рециклового раствора карбамата, которая при этом отделяется от внутренней поверхности труб. В результате внутренняя поверхность труб в таком аппарате оказывается не смоченной жидкостью.

Отделение пленки раствора карбамата от внутренней поверхности труб существенно снижает эффективность теплообмена между пленкой протекающего по трубам раствора карбамата и водяным паром, нагревающим трубы снаружи. Из-за сравнительно низкой эффективности теплообмена и эффективность выпаривания аппарата для разложения карбамата оказывается ниже ожидаемой.

Повысить эффективность разложения карбамата в этих условиях можно было бы за счет увеличения размеров аппарата, требующего, как очевидно, дополнительных капиталовложений, сверх теоретически необходимых.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача повышения эффективности разложения карбамата в имеющемся на установке для получения мочевины аппарате для выпаривания (разложения) рециклового раствора карбамата.

Основная идея настоящего изобретения, позволяющая решить эту задачу и повысить эффективность аппаратов, предназначенных для разложения рециклового раствора карбамата, связана не с усовершенствованием конструкции таких аппаратов, а с усовершенствованием известных способов разложения рециклового раствора карбамата.

Для решения задачи, поставленной в настоящем изобретении, в нем предлагается способ разложения водного раствора карбамата, поступающего из секции выделения мочевины (рециклового раствора карбамата), с отличительными признаками пп.1-5 формулы изобретения.

Обычно на выходе из секции выделения мочевины концентрация воды, содержащейся в рецикловом растворе карбамата, составляет от 10 до 70%, а ее температура лежит в пределах от 70°С до 120°С.

Настоящее изобретение позволяет добиться существенного увеличения эффективности разложения карбамата за счет контролируемого испарения пленки протекающего через пучок труб рециклового раствора карбамата в аппарате для разложения карбамата.

Так, в частности, неожиданно было установлено, что отделение пленки рециклового раствора карбамата от внутренней поверхности труб в известных аппаратах для разложения карбамата происходит по существу из-за чрезмерного и интенсивного испарения раствора карбамата в трубах, прежде всего в их верхней части. Иными словами, именно чрезмерное испарение раствора карбамата и является причиной нарушения нормального режима течения стекающей по трубам вниз пленки жидкости.

Для снижения интенсивности испарения жидкости в трубах аппарата для разложения карбамата в настоящем изобретении предлагается уменьшить слишком большую для оптимального испарения разность температур между рабочей температурой нагревающего снаружи трубы текучего теплоносителя (равной обычно 210°С) и температурой поступающего в трубы рециклового раствора карбамата (составляющей обычно от 70 до 120°С).

Проведенные исследования показали, что снижение упомянутой выше разности температур до 70°С, предпочтительно до 40-20°С, позволяет существенно снизить интенсивность происходящего в аппарате для разложения карбамата процесса испарения раствора карбамата и одновременно увеличить эффективность разложения карбамата.

Полученный при создании изобретения результат противоречит общепринятому в настоящее время предположению о том, что снижение разности температур между температурой рециклового раствора карбамата и рабочей температурой нагревающего его снаружи текучего теплоносителя обязательно должно привести к снижению эффективности разложения карбамата на газообразный аммиак и диоксид углерода.

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже на не ограничивающем его объем примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - схема установки для получения мочевины, на которой разложение раствора карбамата, приходящего из секции выделения мочевины, осуществляется предлагаемым в изобретении способом, и

на фиг.2 - схема аппарата, предназначенного для разложения рециклового раствора карбамата предлагаемым в изобретении способом.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

На фиг.1 позицией 1 обозначено реакционное пространство, в которое по трубопроводу 21 подается по существу чистый аммиак и в котором при высоком давлении происходит синтез мочевины.

Позициями 2 и 3 на схеме обозначены аппараты высокого давления, предназначенные для разложения карбамата, а позицией 4 обозначен работающий при высоком давлении конденсатор.

Аппараты 2 и 3 для разложения карбамата и конденсатор 4 работают при одном и том же давлении, по существу равном давлению в реакционном пространстве 1.

Позицией 5 на схеме обозначена секция выделения мочевины.

Позицией 23 обозначен трубопровод, по которому протекает полученная в реакционном пространстве 1 реакционная смесь, содержащая мочевину и непрореагировавшие вещества, главным образом карбамат и свободный аммиак в водном растворе.

Отбираемая из реакционного пространства по трубопроводу 23 жидкая реакционная смесь попадает в аппарат 2, в котором в результате соответствующей обработки происходит частичное разложение карбамата и частичное выделение из реакционной смеси содержащегося в ней свободного аммиака.

Обозначенный на схеме позицией 2 аппарат для разложения карбамата представляет собой выпариватель, в котором в качестве испаряющего инертного газа используется подаваемый в него по трубопроводу 24 исходный диоксид углерода.

Если разложение карбамата в аппарате 2 происходит только за счет теплообмена (тепловое выпаривание), то свежий диоксид углерода не подают в аппарат по трубопроводу 24, а подают сразу же в реакционное пространство 1 (по показанному на схеме прерывистыми линиями трубопроводу 22).

Образовавшиеся в результате разложения карбамата поток содержащего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе газа и поток жидкости, в которой содержатся мочевина и остаток карбамата в водном растворе, выходят из аппарата 2 по трубопроводам 25 и 26 соответственно.

Трубопровод 25 проходит к конденсатору 4, в котором в результате по меньшей мере частичной конденсации аммиака и диоксида углерода в паровой фазе получают поток жидкости, содержащей карбамат в водном растворе, и возможно поток газа, в котором содержатся аммиак и диоксид углерода в паровой фазе. Оба эти потока (жидкости и газа) по трубопроводу 27 возвращают из конденсатора обратно в реакционное пространство 1.

Поток, содержащий мочевину и остаток карбамата, по трубопроводу 26 подают в обозначенную на схеме позицией 5 секцию выделения мочевины, которая состоит из нескольких аппаратов, в которых после отделения оставшегося карбамата от мочевины получают дополнительное количество карбамата в водном растворе.

Это дополнительное количество карбамата в водном растворе выходит из секции 5 выделения мочевины по трубопроводу 28. В отбираемом из секции выделения мочевины водном растворе карбамата, температура которого лежит в диапазоне от 70 до 120°С, обычно содержится от 10 до 70% воды.

В секции 5 выделения мочевины имеются соответствующие аппараты для гранулирования, в которых в результате затвердевания расплавленной мочевины получают конечный продукт, отбираемый из нее по трубопроводу 29.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительное количество карбамата в водном растворе, отбираемого из секции 5 выделения мочевины по трубопроводу 28, предварительно подогревают в теплообменнике, обозначенном на схеме позицией 6. Подогретый водный раствор карбамата подают в обозначенный на схеме позицией 3 аппарат для разложения карбамата, в котором, о чем подробнее сказано ниже, происходит частичное разложение карбамата.

Для предварительного подогрева раствора карбамата в теплообменнике 6 и для его теплового разложения в аппарате 3 предпочтительно с точки зрения экономии энергии использовать водяной пар, который образуется в конденсаторе 4 за счет выделяющегося в нем тепла.

В предлагаемом в изобретении варианте по меньшей мере часть образующегося в конденсаторе водяного пара по трубопроводу 32 пропускают в качестве внешнего источника тепла через теплообменник 6, а по трубопроводу 33 - через аппарат 3 для разложения карбамата.

Полученный в аппарате 3 для разложения карбамата поток газа, содержащего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, отбирают из него по трубопроводу 30, а водный раствор оставшегося карбамата - по трубопроводу 31.

Полученный в результате по меньшей мере частичной конденсации из поступающего в конденсатор 4 по трубопроводу 30 потока газа, содержащего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, карбамат в водном растворе по трубопроводу 27 возвращают обратно в реакционное пространство 1.

Отбираемый из аппарата для разложения карбамата по трубопроводу 31 водный раствор, в котором содержится оставшийся карбамат, подают для дальнейшей обработки в секцию 5 выделения мочевины.

На фиг.2 показана схема предпочтительного варианта конструкции аппарата 3 для разложения карбамата, в котором в соответствии с предлагаемым в изобретении способом происходит разложение рециклового раствора карбамата.

Аппарат 3 для разложения карбамата имеет верхнюю зону 36, в которой расположены горизонтальные перфорированные решетки 38, и нижнюю зону 37 выпаривания, в которой расположен пучок вертикальных труб 39.

Трубы 39 снаружи нагреваются потоком текучего теплоносителя, в частности водяным паром, который подводится в аппарат для разложения карбамата по трубопроводу 33 с температурой около 210-230°С. При этом рабочая температура в зоне 37 выпаривания поддерживается на уровне 170-210°С.

В рассматриваемом варианте рецикловый раствор карбамата, протекающий по трубопроводу 28, предварительно нагревают в теплообменнике 6 в процессе косвенного теплообмена с водяным паром, который поступает в теплообменник по трубопроводу 32, и в подогретом виде подают в верхнюю зону предназначенного для разложения карбамата конденсатора 3.

Выходящий из секции 5 выделения мочевины рецикловый раствор карбамата с температурой от 70 до 120°°С частично нагревают в теплообменнике 6 до температуры приблизительно 110-160°С.

Предварительно подогретый рецикловый раствор карбамата по трубопроводу 28 подают в предназначенный для разложения карбамата аппарат 3, в котором он проходит через расположенные в верхней зоне 36 аппарата перфорированные решетки и под действием силы тяжести опускается вниз противотоком к поднимающемуся вверх из зоны 37 выпаривания газу, в котором содержатся аммиак и диоксид углерода в паровой фазе.

На фиг.2 поток протекающего через конденсатор 3 газа обозначен буквами Fg, а поток протекающей через него жидкости обозначен буквами Fl.

В результате взаимодействия с содержащим аммиак и диоксид углерода в паровой фазе потоком газа рецикловый раствор карбамата в верхней зоне 36 конденсатора 3 еще больше нагревается и попадает в зону 37 выпаривания аппарата 3 с температурой 150-190°С.

Предварительно нагретый в верхней зоне 36 рецикловый раствор карбамата попадает из нее в расположенные в зоне выпаривания 37 трубы 39, по которым он в виде пленки стекает вниз под действием силы тяжести.

При разложении карбамата предлагаемым в изобретении способом температура рециклового раствора карбамата на выходе из верхней зоны 36 аппарата для разложения карбамата не намного отличается от рабочей температуры теплоносителя (подаваемого в аппарат по трубопроводу 33), и разность между температурой теплоносителя и температурой рециклового раствора карбамата в зоне выпаривания не превышает 70°С, предпочтительно лежит в пределах от 20 до 40°С.

При такой разности температур испарение раствора карбамата в трубах 39, прежде всего в верхней части труб, происходит в контролируемом режиме и менее интенсивно, чем при получении мочевины известными способами.

Контролируемое испарение пленки протекающего через зону 37 выпаривания рециклового раствора карбамата, исключающее возможность разрыва пленки, смачивающей при таком режиме испарения всю внутреннюю поверхность труб 39, обеспечивает практически равномерное разложение карбамата на всей длине труб.

При этом одновременно повышается эффективность разложения карбамата в аппарате 3 и обеспечивается высокая степень выделения содержащихся в рецикловом растворе карбамата аммиака и диоксида углерода в паровой фазе.

Следует отметить, что показанная на фиг.2 схема лишь иллюстрирует пример возможного выполнения аппарата 3 для разложения карбамата, который можно использовать для разложения рециклового раствора карбамата предлагаемым в изобретении способом.

В другом варианте для этой же цели можно использовать аппарат без перфорированных решеток 38 и состоящий только из зоны 37 выпаривания. В этом случае весь этап предварительного подогрева рециклового раствора карбамата (до его выпаривания) необходимо проводить в теплообменнике 6.

Кроме того, в некоторых случаях можно отказаться от использования теплообменника 6, предварительно (до выпаривания) подогревая рецикловый раствор карбамата в верхней зоне 36 аппарата 3, предназначенного для разложения карбамата.

Помимо этого для разложения карбамата в аппарате 3 можно также использовать поток газа, содержащего в качестве инертного испаряющего газа диоксид углерода.

1. Способ разложения водного раствора карбамата, поступающего из секции выделения мочевины установки для получения мочевины с заданной температурой, путем косвенного теплообмена с текучим теплоносителем, имеющим другую заданную температуру, отличающийся тем, что разницу между температурой водного раствора карбамата и температурой теплоносителя уменьшают до величины, не превышающей 70°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разницу между температурой водного раствора карбамата и температурой теплоносителя уменьшают до величины, лежащей в пределах от 20 до 40°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор карбамата подают в аппарат (3) для разложения карбамата, имеющий по меньшей мере зону (37) выпаривания, в которой путем косвенного теплообмена водного раствора карбамата с текучим теплоносителем карбамат подвергают по меньшей мере частичному разложению с получением потока, содержащего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что водный раствор карбамата до разложения карбамата по меньшей мере в зоне выпаривания (37) предварительно нагревают.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что раствор карбамата до его подачи в аппарат (3) для разложения карбамата нагревают в теплообменнике (6).

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что раствор карбамата нагревают путем теплообмена с полученным по меньшей мере в зоне (37) выпаривания потоком, содержащим аммиак и диоксид углерода в паровой фазе.