Способ синтеза мочевины, включающий организацию пассивирующего потока в нижней части отгонной колонны

Способ синтеза мочевины, включающий организацию пассивирующего потока в нижней части отгонной колонны

Реферат

Настоящее изобретение относится к улучшенному способу синтеза мочевины, включающему организацию пассивирующего потока в нижней части отгонной колонны.

В частности, в данной области известны различные способы получения мочевины.

Синтез мочевины осуществляется посредством взаимодействия аммиака и диоксида углерода при высоком давлении и температуре, с последующим выделением мочевины из смеси, содержащей непрореагировавшие продукты, и рециклированием их в реактор.

Все промышленные способы получения мочевины по этой причине основываются на прямом синтезе в соответствии со следующей реакцией:

2NH₃+CO₂<->CO (NH₂)₂+H₂O (1)

Этот синтез может осуществляться на двух различных стадиях реакции:

NH₃+CO₂<->(NH₂)COONH₄ (1a)

(NH₂)COONH₄<->CO(NH₂)₂+H₂O (1b)

На первой стадии (1a), имеет место экзотермическая равновесная реакция, имеющая высокую скорость реакции при комнатной температуре, которая, однако, при высоких температурах, необходимых для стадии (1b), требует высоких давлений для достижения благоприятного равновесия.

На второй стадии (1b) имеет место эндотермическая реакция, которая достигает значительной скорости только при высоких температурах (>150°C), при состоянии равновесия, которое при 185°C, начиная со смеси реагентов при стехиометрическом отношении, приводит к преобразованию чуть выше 50% CO₂. Это неудовлетворительное преобразование может быть удобным повышать посредством увеличения отношения NH₃/CO₂.

Рассмотренные выше две стадии реакции обычно имеют место не в различных областях реактора, но осуществляются одновременно в реакционной смеси, указанная смесь, следовательно, содержит мочевину, воду, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония при некоторой относительной концентрации, в различных областях реактора, в зависимости от различных термодинамических и кинетических факторов, которые вносят вклад в способ.

Способы получения мочевина с помощью прямого синтеза, начиная с аммиака и диоксида углерода, широко описаны в специальной литературе в данной области. Обширный обзор наиболее распространенных способов получения мочевины можно найти, например, в публикации "Encyclopaedia of Chemical Technology" Ed. Kirk-Othmer, Wiley Interscience, third ed. (1983), vol. 23, pages 548-575.

Промышленные способы получения мочевины обычно осуществляются как синтез в реакторе, в который поступают NH₃, CO₂ и водные растворы карбоната и/или карбамата аммония, поступающие из рециклируемых потоков непреобразованных реагентов, при температурах, находящихся в пределах от 150 до 215°C, при давлениях, по меньшей мере, 13,2 МПа (130 атм), при молярном отношении NH₃/CO₂, находящемся в пределах от 2,5 до 5, рассчитанном по отношению к сумме потоков исходных материалов, включая аммиак и CO₂ в форме карбамата/карбоната аммония. В дополнение к образующейся воде и избытку вводимого NH₃, эффлюент из реактора по-прежнему содержит значительные количества CO₂, в основном, в форме непреобразованного карбамата аммония.

Другой главный аспект для получения оптимального преобразования представляет собой также контроль уровня температуры в реакторе, поскольку как избыточно высокие, так и избыточно низкие температуры приводят к уменьшению преобразования из-за конкуренции различных химических и термодинамических факторов.

Отделение мочевины от воды и непреобразованных реагентов осуществляют в нескольких секциях, работающих при пониженных температурах и давлениях, в которых осуществляется разложение карбамата аммония до NH₃ и CO₂, которые затем становятся доступными для рециклирования в реактор. Секция разделения и рециклирования карбамата имеет инвестиционную стоимость, которая сильно влияет на стоимость готового продукта.

Известные способы, которые работают в соответствии с приведенной выше общей схемой, описаны, например, в патентах США №№ US 4092358, US 4208347, US 4801745 и US 4354040.

В частности, мочевина, содержащаяся в водном растворе, покидающем реактор, отделяется от большой части непреобразованного карбамата аммония и избытка аммиака, используемого при синтезе, в соответствующем устройстве для разложения-испарения (называемом ниже "отгонная колонна", что представляет собой термин, обычно используемый в данной области) работающем при таких же давлениях, как и давление синтеза, или при немного меньших давлениях.

Разложение карбамата аммония осуществляют в отгонной колонне, подводя тепло снаружи посредством непрямого теплообмена с более теплой текучей средой, обычно, с паром, при давлении 1,8-3,0 МПа, возможно, с отгонкой продуктов разложения с помощью инертных газов или аммиака, или диоксида углерода, или смесей инертных газов с аммиаком и/или диоксидом углерода, отгонку обычно также осуществляют с использованием избытка аммиака, растворенного в растворе мочевины (автоматическая отгонка), и как следствие, без необходимости в отдельном введении агента для отгонки.

Продукты разложения карбамата, вместе с возможными агентами для отгонки, за исключением инертных продуктов, обычно конденсируются в конденсорах, с получением жидкости, которую рециклируют в реакторы синтеза.

Дополнительные документы, которые могут быть рассмотрены для целей ссылок, представляют собой US 4314077, GB 1184004, GB 1292515, US 3984469, US 4137262, DE 2116267, FR 2489323, все они описывают способы получения мочевины с рассмотренными выше характеристиками.

Особенно деликатные стадии в способе синтеза мочевины представляют собой стадии, на которых карбамат аммония присутствует при самой высокой концентрации и температуре, и вследствие этого, в способах, рассмотренных выше, эти стадии совпадают со стадиями с разложения-отгонки и стадиями конденсации карбамата аммония.

Одна из проблем, которые должны решаться на этих стадиях, представляет собой коррозию используемого оборудования, вызываемую исключительно агрессивными характеристиками, которые имеют место внутри него, как из-за присутствия высокой концентрации солевых растворов, так и, также, в результате явлений механических напряжений поверхностей в областях разложения и высвобождения газовой фазы.

Для преодоления этих недостатков, современный уровень техники предлагает, например, использование специальных материалов при изготовлении отгонной колонны, в частности, Ti, Zr, специальных нержавеющих сталей сортов, совместимых с мочевиной, или их сочетаний. Опять же в соответствии с состоянием современного уровня техники является преимущественным введение определенного количества воздуха или другого пассивирующего агента для пролонгирования коррозионной стойкости материалов, в частности, нержавеющих сталей, благоприятствующего формированию стабильного слоя оксида на поверхностях, экспонируемых для контакта с технологическими текучими средами.

В частности, настоящее изобретение попадает в конкретную область установок для синтеза мочевины с отгонкой посредством аммиака, то есть в установках, в которых отгоннное действие в отгонной колонне, в которой имеет место разложение карбамата, облегчается с помощью аммиака, присутствующего в растворе для синтеза, и/или посредством аммиака, вводимого для этой цели.

В настоящее время, в этом типе установок, для осуществления пассивирования отгонной колонны (в особенности, если поверхности, экспонируемые для коррозии, изготавливают из титана или нержавеющей стали) добавляют определенное количество воздуха в нижнюю часть отгонной колонны. Это добавление осуществляют посредством конкретной инжекции воздуха с использованием компрессоров, предназначенных именно для этой цели. В других частях контура синтеза мочевины высокого давления, которые требуют пассивирования, это пассивирование осуществляется, наоборот, опять же, с помощью воздуха, который смешивается во время фазы отсоса компрессора CO₂ и направляется через компрессор в реактор для получения мочевины. Воздух, который не участвует в реакции пассивирования в реакторе, покидает реактор вместе с реакционной смесью и направляется в верхнюю часть отгонной колонны, проходя затем в конденсор для карбамата, а оттуда в сепаратор для карбамата, таким образом, покидая контур синтеза через клапан, предназначенный для контроля давления, в самом контуре, обычно используемый также для продувки инертных продуктов.

На этом пути, воздух осуществляет пассивирование поверхностей оборудования, которое он встречает, которое иначе подверглось бы воздействию процесса коррозии.

Принимая во внимание то, что указано выше, то есть тот факт, что пассивирующий воздух направляется из реактора в верхнюю часть отгонной колонны, нижняя часть отгонной колонны исключается из пассивирующего действия, оказываемого указанным воздухом, который смешивается во время фазы отсоса компрессора CO₂ и направляется в реактор через компрессор.

По этой причине литература описывает необходимость осуществления специальной инжекции воздуха в нижней части отгонной колонны посредством компрессоров, специально предназначенных для этой цели.

Это решение, однако, требует дополнительных специальных устройств, то есть компрессоров, которые, в дополнение к затратам на них, требуют также периодических вмешательств для обслуживания.

Предлагаются альтернативные процедуры для введения пассивирующего агента (в частности, воздуха или кислорода при низких концентрациях), имеющие целью исключить использование дополнительных средств прокачки высокого давления, такие, например, как схема, описанная в Международный заявке на патент № WO08/141832, в которой часть свежего диоксида углерода, содержащего пассивирующий воздух, вводится после сжатия в нижнюю часть отгонной колонны, где она оказывает пассивирующее воздействие на поверхности, больше всего экспонируемые для коррозии.

Хотя этот подход исключает использование отдельной прокачки пассивирующего воздуха, он, однако требует тщательного контроля технологических условий в цикле синтеза с автоматической отгонкой на основе NH₃ из-за пониженного количества CO₂, направляемого в реактор.

Теперь авторами обнаружен способ, который преодолевает указанные выше недостатки, в частности, недостатки современного уровня техники, в то же время, дополнительно оптимизируя способ синтеза мочевины.

Следовательно, цель настоящего изобретения относится к улучшенному способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода при высоком давлении и температуре, с образованием карбамата аммония в качестве промежуточного продукта, который включает секцию синтеза, включающему следующие стадии:

(i) взаимодействие аммиака и диоксида углерода при общем давлении, находящемся в пределах от 12 до 20 МПа, при молярном отношении NH₃/CO₂, самого по себе или в форме карбамата аммония, находящемся в пределах от 2,1 до 6, предпочтительно, от 2,8 до 4,5, на стадии реакции, осуществляемой в соответствующем вертикальном реакторе R, в который вводится, по меньшей мере, один поток аммиака и, по меньшей мере, один поток свежего диоксида углерода, содержащий пассивирующий агент в таком количестве, что его эквивалентное содержание кислорода составляет, по меньшей мере, 0,1%, предпочтительно, от 0,15 до 0,30% в молях, по отношению в молям диоксида углерода, с образованием первой жидкой смеси, содержащей мочевину, карбамат аммония, воду и аммиак, находящейся в равновесии жидкость/пар с газовой фазой, содержащей, по меньшей мере, часть пассивирующего агента;

(ii) перенос указанной первой жидкой смеси, по меньшей мере, на одну стадию разложения-отгонки, осуществляемую в соответствующем вертикальном устройстве, называемом отгонной колонной (S), работающем при давлении, по меньшей мере, на 0,1 МПа, предпочтительно, на 0,2-2,0 МПа, более предпочтительно, на 0,5-1,5 МПа, ниже, чем давление на указанной стадии реакции (i);

(iii) нагрев указанной первой жидкой смеси на указанной стадии разложения-отгонки, для осуществления разложения части карбамата аммония на аммиак и диоксид углерода, и одновременного воздействия на указанную жидкую смесь отгонки, предпочтительно используя аммиак в качестве газа для отгонки, с образованием первой газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, и второй жидкой смеси, содержащей мочевину, воду, аммиак и неразложившуюся часть карбамата аммония;

(iv) перенос, по меньшей мере, части, а предпочтительно, всей указанной первой газовой смеси, по меньшей мере, на одну стадию конденсации, работающую по существу при таком же давлении, как и стадия разложения-отгонки (iii), и конденсацию переносимой газовой фазы, с образованием третьей жидкой смеси, содержащей карбамат аммония, воду и аммиак;

(v) перенос указанной третьей жидкой смеси и возможной остающейся части указанной первой газовой смеси на стадию реакции (i);

отличающемуся тем, что, по меньшей мере, часть указанной газовой фазы, находящейся в равновесии с первой жидкой смесью со стадии (i), отделяется в сепараторе газ-жидкость (D1), расположенном после реактора (R) и работающем по существу при таком же давлении, с образованием второй газовой смеси, содержащей пассивирующий агент, который вводится в нижнюю секцию указанной отгонной колонны (S).

Другая цель настоящего изобретения относится к секции установки для получения мочевины посредством прямого синтез из аммиака и диоксида углерода, пригодной для осуществления указанного выше улучшенного способа.

В настоящем описании, термин "нагрев или нагретый", относящийся к жидкому и/или газообразному потоку или смеси, указывает на то, что указанный поток или смесь подвергается воздействию повышения температуры.

В соответствии со способом по настоящему изобретению, который обычно осуществляется как непрерывный в соответствующей установке или секции установки, свежие аммиак и диоксид углерода непрерывно вводятся в установку для компенсации соответствующего количества реагентов, используемых для образования мочевины, которая получается на выходе конечной секции разделения и очистки установки. Аммиак и диоксид углерода, не преобразованные в мочевину в реакционной секции, почти полностью извлекаются на следующих далее стадиях разделения при понижении давления и полностью рециклируются в реакционную секцию. Следовательно, способ в соответствии с настоящим изобретением принадлежит к так называемому типу "полного рециклирования".

Все оборудование, вступающее в контакт с коррозивными смесями, содержащими аммиак, воду, карбамат аммония и диоксид углерода, сами по себе или в смеси друг с другом, как правило, состоит из коррозионностойких металлов или сплавов в соответствии с нормальными конструкционными стандартами для этого типа установок, хорошо известными специалистам в данной области, или покрываются ими. В частности, металлические стенки, находящиеся в контакте с этими коррозивными смесями, предпочтительно изготавливаются из титана или циркония или из их сплава, или из одной из пригодных для использования нержавеющих сталей, известных специалистам в данной области, таких, например, как сталь AISI316L (сорта, пригодного для мочевины), нержавеющей стали 25/22/2 Cr/Ni/Mo, специальные аустенитно-ферритные стали, аустенитные стали с низким содержанием феррита, и тому подобное. Как рассмотрено ранее, эти материалы, в особенности, нержавеющие стали, являются особенно стойкими по отношению к коррозивному воздействию солей, таких как карбамат аммония, при высоких давлениях и температурах, когда на их поверхностях можно сформировать и поддерживать тонкий слой (обычно имеющий толщину меньше чем 1 микрон) стабильного оксида, и по этой причине они требуют постоянного присутствия в течение всего способа соответствующего количества пассивирующего агента, то есть окислителя, который ограничивает деградацию поверхностного оксида и, возможно, восстанавливает его присутствие.

Свежий аммиак может вводиться непосредственно на стадию реакции (i), но предпочтительно используется, по меньшей мере, частично, в качестве рабочей жидкости в одном или нескольких эжекторах, чтобы обеспечить необходимое усилие для переноса, в соответствии со стадией (v), указанной третьей жидкой смеси, содержащей карбамат аммония, поступающей со стадии конденсации (iv). В установке для непрерывного осуществления способа по настоящему изобретению, поток свежего аммиака, обычно, смешанный с частью рециклированного аммиака, предпочтительно сжимают при давлении на 2-10 МПа выше, чем в реакторе и нагревают до температуры, находящейся в пределах от 30 до 130°C, более предпочтительно, от 80 до 120°C, в соответствии с тем, что известно в данной области, а затем вводят в эжектор, где он смешивается с указанной третьей жидкой смесью и захватывает ее. При указанных выше условиях давления и температуры, аммиак, сам по себе или смешанный с водой или карбаматом аммония, обычно находится в жидком состоянии.

Альтернативно, или, также, одновременно с его использованием в эжекторах, свежий аммиак может частично направляться (предпочтительно, это не превышает 30% масс) в отгонную колонну в качестве текучей среды для отгонки в дополнение к той, которая образуется in situ посредством испарения из первой жидкой смеси, и/или непосредственно направляться в конденсор.

В способе в соответствии с настоящим изобретением, где на стадии реакции (i) используют избыток аммиака по отношению к стехиометрическому отношению с диоксидом углерода, необходимым для получения карбамата аммония и, как следствие, с мочевиной (2/1 в молях), поток, покидающий реактор и, в целом, большинство жидких потоков, образующихся в способе, обычно содержат избыток аммиака. В настоящем описании упоминают композицию этих жидких потоков и смесей, обычно предполагая, что весь диоксид углерода находится в форме карбамата аммония и оставшийся избыток аммиака находится в форме свободного аммиака или, проще, аммиака.

В соответствии с настоящим изобретением, свежий CO₂ предпочтительно вводят непосредственно в реактор, даже если имеются варианты способа, в которых до 50% CO₂ могут вводиться в другие стадии способа, например, в конденсор, и на одну или несколько стадий разделения непреобразовавшихся реагентов.

Поток свежего CO₂, поступающий в реактор, имеет температуру, которая обычно находится в пределах от 100 до 200°C, предпочтительно, от 110 до 140°C. Эта температура предпочтительно достигается без внешних источников тепла, но используя тепло, получаемое на стадиях сжатия, в соответствии с известными технологиями.

В соответствии с настоящим изобретением, свежий CO₂, поступающий в реактор, содержит пассивирующий агент в таком количестве, что его эквивалентное содержание O₂ в молях равно, по меньшей мере, 0,1%, предпочтительно, от 0,15 до 0,30% в молях, по отношению к молям диоксида углерода. Указанный пассивирующий агент обычно представляет собой окислитель, который может предпочтительно выбираться из воздуха, кислорода, озона, воздуха, обогащенного O₂, перекиси водорода или их смесей, предпочтительно, из воздуха или воздуха, обогащенного кислородом. Указанный пассивирующий агент соответствующим образом добавляют к свежему поступающему CO₂ перед первой из обычных фаз сжатия или во время нее для доведения газа до рабочего давления реактора.

Когда пассивирующий агент состоит из воздуха или обогащенного воздуха, определенное количество инертных газов (таких как азот, аргон и тому подобное) также вводится в реактор и добавляется к тем, которые, возможно, присутствуют как примеси в аммиаке, таким как метан или водород. Такие газы, даже если они присутствуют в относительно малых количествах, могут преимущественно играть значительную роль в регулировке равновесия жидкость/пар и в качестве дополнительных захватывающих текучих сред при операциях испарения и отгонки.

Термин "эквивалентное содержание O₂", как используется в настоящем документе, при упоминании пассивирующего агента, определяет количество O₂ в молях, которое должно использоваться вместо пассивирующего агента для получения такого же преобразования в реакции окисления-восстановления. Оно соответствует молям O₂ в случае воздуха и кислорода и половине от молей H₂O₂, и 3/2 от молей озона.

Способ в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно включает фазу синтеза мочевины, при которой молярное отношение аммиак/диоксид углерода на стадии реакции находится в пределах от 2,8 до 4,5, более предпочтительно, от 3,0 до 4,0. Как показано, это отношение не соответствует молярному отношению между NH₃ и CO₂, когда они вводятся свежими, которое составляет примерно 2 (в соответствии со стехиометрическим значением в соответствии с реакцией (1)) в типичном способе с полным рециклированием. Реактор для синтеза обычно работает при температурах, находящихся в пределах от 150 до 215°C, предпочтительно, от 160 до 195°C, и при давлениях, находящихся в пределах от 12 до 20 МПа, предпочтительно, от 14 до 18 МПа. Регулирование температуры реактора при желаемом значении может осуществляться, следуя одному из способов, известных в данной области, например, в дополнение к рассмотренному нагреву потока аммиака и/или диоксида углерода при введении посредством снабжения реактора нагревательным сопротивлением или посредством направления части газов, покидающих отгонную колонну, непосредственно в реактор.

Вертикальный реактор обычно содержит цилиндрический корпус, который разделен в его внутреннем пространстве на расположенные друг над другом секторы, которые сообщаются посредством различных тарелок типа, выбранного из устройств, известных в данной области, с тем, чтобы получить оптимальные условия для поршневого потока, также и в присутствии двухфазных систем.

Реактор может также содержать различные реакционные зоны, соответствующим образом соединенные друг с другом, возможно, имеющие различные потоки исходных материалов.

Реактор должен иметь удерживание жидкости, которое является таким, чтобы сделать возможным время пребывания в нем, находящееся в пределах от нескольких минут до нескольких десятков минут, чтобы дать возможность карбамату аммония, образующемуся посредством реакции аммиака с диоксидом углерода на стадии конденсации и/или в этом же реакторе, для дегидратации до мочевины, до тех пор, пока не будет достигнута равновесная композиция.

Реакционную смесь собирают из верхней секции реактора, обычно, посредством перетока (T), соединенного с проходом, который уходит вниз, по меньшей мере, частично, внутри реактора, таким образом, чтобы не потребовались толстые удерживающие стенки высокого давления, с выходом, впоследствии, из реактора на соответствующей высоте, чтобы соединиться с сепаратором газ-жидкость D1.

При рассмотренных выше условиях аммиак, диоксид углерода и карбонат аммония, поступающие вместе с третьей жидкой смесью или образующиеся в реакторе в соответствии с реакцией (1a), взаимодействуют с образованием мочевины, для которой преобразование при равновесии в любом случае не превышает 80% и обычно составляет меньше чем 70% для теоретического выхода по отношению к CO₂. В верхней секции реактора (R), следовательно, образуется двухфазная смесь, состоящая из указанной первой жидкой смеси, находящейся в равновесии с газовой фазой, содержащей, по меньшей мере, часть пассивирующего агента. В зависимости от условий давления и температуры в реакторе и от композиции двухфазной смеси, можно регулировать, в соответствии с физико-химическими параметрами, хорошо известными специалистам в данной области, относительное количество газа и жидкости, присутствующих в равновесии в реакторе, определяя, таким образом, наиболее пригодное для использования количество газовой фазы, доступной для направления в качестве второй газовой смеси на следующую далее стадию разделения и отгонки.

В соответствии с неограничивающим предпочтительным аспектом настоящего изобретения, двухфазная смесь, собранная из реактора посредством перетока, содержит количество газовой фазы, не превышающее чем 5% масс, более предпочтительно, составляет от 1 до 4% масс, по отношению к массе жидкой фазы. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, однако, посредством работы в реакторе при более высоком уровне температуры (температура в верхней части находится в пределах от 190 до 200°C), газовая фаза может быть получена также в количестве до 10% масс по отношению к массе жидкой фазы, в частности, это должно исследоваться, если вторая газовая фаза направляется в нижнюю часть отгонной колонны (S) с дополнительной функцией агента для отгонки, в дополнение к функции пассивирования.

Термин "пассивирующий агент", как используется в настоящем описании и формуле изобретения, относится как к пассивирующему агенту, вводимому на стадии (i) вместе с потоком свежего диоксида углерода, так и к окислительным/пассивирующим продуктам, полученным из него, таким, например, как кислород, полученный при разложении озона или пероксида, изначально поступающего в реактор.

Фундаментальное преимущество улучшенного способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что он делает возможной оптимизацию работы отгонной колонны без использования дополнительной прокачки пассивирующего агента и одновременной регулировки его дозирования в нижней части отгонной колонны.

Во-вторых, настоящий способ делает возможным протекание пассивирующего агента в нижнюю часть отгонной колонны и простую эффективную регулировку рабочих условий стадии разделения после реактора, с помощью регулировки разности давлений между стадией реакции (i) и стадией разложения и отгонки (iii). Это предпочтительно достигается с помощью объединенного использования двух редукционных клапанов давления (для понижения давления), расположенных после сепаратора D1.

Настоящий способ также имеет то преимущество, что он легко и неожиданно осуществляется посредством применения нескольких простых модификаций существующей традиционной установки, при условии, что она имеет стадию отгонки высокого давления. В частности, достаточно модифицировать установку таким образом, чтобы направлять на указанную стадию отгонки газовый поток, отделенный от эффлюента из реактора и регулируемый с помощью клапана, при давлении чуть ниже, чем для последнего.

Другое преимущество заключается в возможности использования отгонных колонн, изготовленных из материала любой стойкой к мочевине стали.

В соответствии с настоящим изобретением, указанная двухфазная смесь, покидающая реактор, предпочтительно, через переток, направляется в фазовый сепаратор газ-жидкость, где газовая фаза отделяется от жидкости и вводится в качестве второй газовой смеси в нижнюю часть вертикальной отгонной колонны (S), в то время как остающаяся жидкая смесь, образующаяся указанную первую жидкую смесь, вводится в верхнюю область этой же отгонной колонны.

Указанная вторая газовая смесь (или поток) содержит, по меньшей мере, часть пассивирующего агента, предпочтительно, от 60 до 100%, более предпочтительно, от 60 до 95% (обычно на этой стадии, кислорода), оставшаяся часть растворяется в первой жидкой смеси, поступающей в верхнюю часть отгонной колонны. Указанная вторая газовая смесь, однако, не обязательно имеет такую же композицию, как и газовая фаза, присутствующая в реакторе, но соответствует композиции в равновесии, образующейся в сепараторе (D1).

В дополнение к пассивирующему агенту, вторая газовая смесь содержит большую часть инертных газов, таких как азот, аргон, и микроскопические количества метана или водорода, вводимых в способ различными путями, например, вместе с пассивирующим воздухом или как примеси в поступающих газах. Дополнительные количества инертных газов могут также вводиться в качестве газов для отгонки. Вторая газовая смесь также содержит преобладающую часть газообразного аммиака, в дополнение к меньшим количествам CO₂ и, возможно, водяных паров.

Указанная вторая газовая смесь, собранная из сепаратора D1 и поступающая в нижнюю секцию отгонной колонны (S), предпочтительно имеет температуру, находящуюся в пределах от 170 до 200°C и составляет процент массовый не выше чем 5%, более предпочтительно, составляет от 1 до 4% масс, по отношению к массе первой жидкой смеси, поступающей в верхнюю секцию отгонной колонны.

Сепаратор газ-жидкость (D1) принадлежит к типу, обычно используемому в данной области для этой цели, и содержит простой полый цилиндрический корпус, имеющий относительно малые размеры, достаточные для того, чтобы сделать возможным разделение фаз. Двухфазная смесь, поступающая из реактора, вводится на некоторой промежуточной высоте, которая может индифферентно находиться выше или ниже уровня жидкости, который регулируется соответствующим образом посредством клапана (V2), расположенного на потоке жидкости после сепаратора. Газовую смесь собирают из верхней области, а жидкую смесь из нижней области.

В соответствии с настоящим изобретением, для переноса на указанную стадию разложения-отгонки (iii) понижают давление, как указанной первой жидкой смеси, так и указанной второй газовой смеси до рабочего давления отгонной колонны (S), которое отличается от давления стадии реакции в соответствии с тем, что указано выше, в соответствии со стадией (ii). Это достигается соответствующим образом посредством прохождения каждой из указанных выше смесей (или потоков) через редукционное устройство для понижения давления, предпочтительно, через клапан.

В частности, давление и скорость потока указанной второй газовой смеси, поступающей в нижнюю секцию (донную секцию) отгонной колонны, и, как следствие, разность давлений между реактором и отгонной колонной регулируют посредством первого клапана (V1).

Скорость потока первого потока жидкости и, как следствие, уровень жидкости в сепараторе (D1), с другой стороны, регулируется посредством второго клапана (V2).

Специалист в данной области может соответствующим образом контролировать и регулировать количество газовой смеси, поступающей в нижнюю часть отгонной колонны, посредством объединенного использования двух рассмотренных выше клапанов, оптимизируя, таким образом, осуществление стадии разложения-отгонки (iii). Клапаны, пригодные для этой функции, такие, например, как двухстворчатый обратный клапан, изготовленные соответствующим образом и имеющие соответствующие размеры по отношению к потокам, рабочим давлениям и природе используемых текучих сред, являются коммерчески доступными и могут быть обнаружены специалистами в данной области.

В соответствии с настоящим изобретением, стадия разложения-отгонки (iii) удобным образом осуществляется в вертикальной отгонной колонне (S), обычно нагреваемой посредством непрямого теплообмена с парами высокого давления. Отгонная колонна (S) предпочтительно содержит распределительную камеру в верхней части, расположенную в верхней области, в которую вводится указанная первая жидкая смесь, и камеру для сбора, расположенную в нижней области, в которую вводится указанный второй газовый поток, при использовании, они соединены между собой с помощью связки труб, расположенной вертикально, так что жидкая смесь, которая должна обрабатываться, образует при падении почти однородную жидкую пленку вдоль стенок труб. Распределительная камера в целом располагается в 20% верхней секции отгонной колонны, а камера для сбора - в нижних 20%.

Температура отгонной колонны в верхней секции обычно находится в пределах от 170 до 210°C, предпочтительно, от 180 до 200°C, также называемой верхней частью, при этом она находится в пределах от 180 до 220°C, предпочтительно, от 190 до 210°C в нижней секции, также называемой нижней частью. Давление, предпочтительно, на 0,2-2,0, более предпочтительно, на 0,5-1,5 МПа ниже, чем давление в реакторе.

При указанных выше условиях, карбамат аммония имеет тенденцию к быстрому разложению с образованием аммиака и диоксида углерода, в то время как мочевина, уже образовавшаяся в реакторе, остается по существу неизменной. Отгонку осуществляют с использованием аммиака в качестве газа для отгонки. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, стадию разложения-отгонки осуществляют с использованием в качестве газа для отгонки того же аммиака, присутствующего в избытке в потоке, покидающем реактор. Дополнительные подробности этой предпочтительной технологии можно найти, например, в патенте US 3876696, содержание которого прилагается к настоящему документу в качестве ссылки. Это последняя технология называется "автоматическая отгонка".

Первая газовая смесь, образующаяся на стадии разложения-отгонки и поступающая, по меньшей мере, частично, на стадию конденсации (iv), содержит избыток аммиака, в дополнение к CO₂, полученному от разложения большей части карбамата аммония, не преобразующегося в реакторе, и, необязательно, малое количество воды. Она также содержит возможные инертные газы и пассивирующий агент, содержащийся в потоках исходных материалов из отгонной колонны. В соответствии с настоящим изобретением, вся первая газовая смесь предпочтительно переносится на стадию конденсации, однако, когда это необходимо, специалист в данной области может принять решение о переносе части, не превышающей 20% указанной газовой смеси, с высоким содержанием тепла непосредственно в реактор, для регулирования его баланса энергии.

Стадию конденсации (iv) обычно осуществляют в соответствующих конденсорах, например, типа связки труб или поверхностного типа, в которых тепло конденсации используют для нагрева других текучих сред. Тепло конденсации предпочтительно используют для получения паров, но оно может также использоваться, в соответствии с определенными вариантами, известными в данной области, для снабжения теплом одной из следующих далее стадий разложения карбамата аммония при среднем или низком давлении.

Стадия конденсации (iv) может осуществляться при обычных условиях (температуры, давления и композиции), принятых в известных способах, при условии, что они являются такими, чтобы предотвратить образование твердого карбамата аммония в конденсоре и/или в линиях, выходящих из него. Давление в конденсоре (C) является по существу таким же, как в отгонной колонне (S) или на 100-200 кПа ниже.

Третью жидкую смесь, образующуюся на стадии конденсации, переносят в реактор (R), и она по существу образует рециклирование реагентов, не преобразованных в мочевину. Когда стадия реакции (i) осуществляется при давлении более высоком, чем на стадии (iv), перенос третьей жидкой смеси в реактор в соответствии со стадией (v) способа по настоящему изобретению соответствующим образом включает фазу рекомпрессии. Это может осуществляться посредством прокачки, но как обнаружено, более удобным является, из-за имеющихся различий давления, использование усилия эжектора, в который поступает поток чистого аммиака высокого давления, содержащий свежий аммиак в исходных материалах и, возможно, поток жидкого аммиака, поступающий из секции очистки мочевины.

Инертные продукты и пассивирующий кислород, переносимый на стадию конденсации вместе с первой газовой смесью, не конденсируются и остаются как газовая фаза, которая может удаляться непосредственно из конденсора (C), но предпочтительно отделяется во втором сепараторе (D2), расположенном после конденсора. Поток инертных и пассивирующих продуктов, полученный таким образом, который, как правило, содержит также аммиак и/или CO₂ в отношении, соответствующем равновесию жидкость-пар по отношению к этой третьей жидкой смеси, может продуваться из установки или удобным образом направляться в следующие далее секции разделения и очистки мочевины, где пассивирующий агент может по-прежнему вносить вклад в поддержание эффективной коррозионной стойкости экспонируемых материалов.

Выделение и очистка мочевины из аммиака и карбамата аммония, по-прежнему присутствующего во второй жидкой смеси, полученной на стадии разложения-отгонки (iii), осуществляются в следующих далее секциях разложения и отделения, работающих при среднем (от 1,1 МПа до 2,5 МПа) и/или низком (от 0,2 МПа до 0,8 МПа) давлении. Эта стадия разделения может осуществляться с использованием любого из способов, описанных