Способ получения карбамида

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатель Гусев Анатолий Иванович(57) Способ получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза, в первую из которых подают потоки свежих аммиака и диоксида углерода, а во вторую смесь, содержащую аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, выводом газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава,содержащего карбамид, воду и карбамат аммония, разложением содержащегося в плаве карбамата аммония на нескольких ступенях при подводе тепла и понижении давления, при этом на первой ступени разложение осуществляют в отпарной зоне при давлении, равном давлению во второй зоне синтеза, с получением концентрированного карбамида и водного раствора углеаммонийных солей и рециркуляцией полученного водного раствора во вторую зону синтеза,отличающийся тем, что в первую зону синтеза дополнительно вводят газовый поток из второй зоны, при этом процесс в обеих зонах осуществляют при одинаковом давлении, жидкие и газовые потоки из каждой зоны синтеза выводят раздельно, а обработку плава в отпарной зоне ведут в потоке свежего диоксида углерода. Фиг. 1 Изобретение относится к способам получения карбамида из аммиака и диоксида углерода. Известны способы получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода при повышенных температурах и давлениях с образованием плава синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, кар 3628 1 бамат аммония, аммиак и диоксид углерода, разложением карбамата аммония при подводе тепла на нескольких ступенях давления с образованием концентрированного карбамида и газовых потоков, абсорбцией газовых потоков водными абсорбентами с образованием водного раствора углеаммонийных солей (УАС), рециркулируемого на стадию образования плава синтеза карбамида 1. Известен, в частности, способ получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза, в которых поддерживают одинаковые температуру и давление в пределах соответственно 160-220 С и 14-42 МПа, причем в первую зону синтеза подают потоки свежих аммиака и диоксида углерода при мольном соотношении между ними от 4 до 10, а во вторую - потоки свежих и рециркулируемых реагентов при мольном соотношении между аммиаком и диоксидом углерода от 2,5 до 4, с образованием потоков плава синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода, разложением карбамата аммония в потоках плава синтеза карбамида при подводе тепла на нескольких ступенях при понижении давления с образованием концентрированного карбамида и газовых потоков, абсорбцией газовых потоков водными абсорбентами с образованием водного раствора УАС, рециркуляцией водного раствора УАС во вторую зону синтеза 2. В этом способе использование различных избытков аммиака в двух зонах синтеза позволяет несколько повысить средневзвешенную степень конверсии исходных реагентов в карбамид и за счет этого сократить энергетические затраты на разложение карбамата аммония и испарение аммиака, диоксида углерода и воды. Однако эти затраты остаются достаточно высокими. Так, для условий примера из описания этого способа, при мольных соотношениях между аммиаком, диоксидом углерода и водой, равных 5,610 в первой зоне синтеза и 411,23 во второй зоне синтеза, температуре и давлении в обеих зонах синтеза соответственно 185 С и 24,5 МПа, степени конверсии диоксида углерода в карбамид в первой и второй зонах синтеза составляют соответственно 75 и 50 , средневзвешенная степень конверсии диоксида углерода в карбамид - 63,5 , а затраты теплоты на разложение карбамата аммония и испарение аммиака, диоксида углерода и воды - 0,99 Гкал/т карбамида. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является известный способ получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза, в первую из которых, где синтез осуществляют при давлении 300-400 кгс/см 2, подают потоки свежих аммиака и диоксида углерода, а во вторую,где синтез осуществляют при давлении предпочтительно 200 кгс/см 2, смесь, содержащую аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, выводом газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава, содержащего карбамид, воду и карбамат аммония, разложением содержащегося в плаве карбамата аммония на нескольких ступенях при подводе тепла и понижении давления, при этом на первой ступени разложение осуществляют в отпарной зоне при давлении, равном давлению во второй зоне синтеза, с получением концентрированного карбамида и водного раствора углеаммонийных солей и рециркуляциейполученного водного раствора во вторую зону синтеза 5. В этом способе комбинирование двух зон синтеза позволяет осуществить процесс с умеренными энергетическими затратами в системе разделения плава синтеза, однако при этом возрастают затраты энергии на компримирование исходных реагентов до высокого давления синтеза в первой зоне. Для снижения энергетических затрат в процессе получения карбамида с использованием двух зон синтеза предложен способ получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза, в первую из которых подают потоки свежих аммиака и диоксида углерода, а во вторую смесь, содержащую аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, выводом газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава, содержащего карбамид, воду и карбамат аммония, разложением содержащегося в плаве карбамата аммония на нескольких ступенях при подводе тепла и понижении давления, при этом на первой ступени разложение осуществляют в отпарной зоне при давлении, равном давлению во второй зоне синтеза, с получением концентрированного карбамида и водного раствора углеаммонийных солей и рециркуляцией полученного водного раствора во вторую зону синтеза, отличающийся тем, что в первую зону синтеза дополнительно вводят газовый поток из второй зоны, при этом процесс в обеих зонах осуществляют при одинаковом давлении, жидкие и газовые потоки из каждой зоны синтеза выводят раздельно, а обработку плава в отпарной зоне ведут в потоке свежего диоксида углерода. Техническим результатом предложенного способа является уменьшение общего количества неконвертированных реагентов, которое приходится отделять из плава синтеза карбамида, что в свою очередь приводит к снижению энергозатрат на их отделение. Установлено, что если подвергать газовые потоки из зон синтеза обработке по предложенному способу, то сокращается количество аммиака и диоксида углерода, уносимое этими газами на стадии абсорбции водными абсорбентами и образования растворов УАС, и, соответственно, уменьшается количество раствора УАС и количество воды, вносимое с ним на стадию синтеза. При этом возрастает средневзвешенная (по обеим зонам синтеза) степень превращения исходных реагентов в карбамид, что приводит к сокращению количества неконвертированных реагентов и уменьшению энергозатрат на их выделение из плава синтеза карбамида на стадиях его переработки. Из уровня техники известны способы получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза, в которую подают потоки свежего аммиака и рециркулируемых реагентов, с образованием потока плава синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода, разложением карбамата 2 3628 1 аммония в потоке плава синтеза карбамида при подводе тепла на нескольких ступенях при понижении давления с образованием концентрированного карбамида и газовых потоков, абсорбцией газовых потоков водными абсорбентами с образованием водного раствора УАС, рециркуляцией водного раствора УАС в зону синтеза, причем из зоны синтеза выводят раздельно жидкий и газовый потоки, газовый поток направляют на абсорбцию водным абсорбентом, а жидкий поток подвергают обработке в отпарной зоне в потоке свежего диоксида углерода при подводе тепла и при давлении, равном давлению в зоне синтеза, с разложением части карбамата аммония и отделением образовавшегося газового потока, его смешением с раствором УАС и свежим аммиаком и подачей смеси в зону синтеза 3, 4. Из известности этих способов, однако, не вытекает возможность повышения степени конверсии исходных веществ в системе, включающей две зоны синтеза карбамида, одна из которых работает в условиях, аналогичных этим способам, путем передачи газового потока, выходящего из одной зоны синтеза, в другую зону синтеза. Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами 1-3 со ссылками соответственно на прилагаемые фиг. 1-3, из которых на фиг. 1 изображена технологическая схема процесса по предложенному способу, на фиг. 2 и 3 для сравнения представлены схемы процесса, аналогичные фиг. 1, но с проведением синтеза в первой зоне при более высоких давлении, температуре и избытке аммиака, чем во второй зоне (фиг. 2), или без передачи газов из одной зоны синтеза в другую (фиг. 3). Во всех примерах приняты следующие обозначения А - аммиак, ДУ - диоксид углерода, К - карбамид,В - вода, КА - карбамат аммония, И - инерты. Количества реагентов даны в кг/ч. Пример 1. В соответствии с фиг. 1 в эжектор 1подают поток 2 жидкого А (24129) при температуре 22 С и давлении 13,8 МПа. В стриппер 3 подают поток 4, содержащий ДУ 32967 и И 1268. Из реактора синтеза карбамида 5, работающего при 183 С и 13,8 МПа, потоком 6 в стриппер 3 поступает жидкий плав синтеза карбамида (К 44350, ДУ 23443, А 36471, В 20864). Из реактора 5 потоком 7 отводят в реактор 8 газовую фазу (ДУ 4938, А 6096, В 327, И 1268). Реактор 8 работает при тех же температуре и давлении, что и реактор 5. В реактор 8 вводят потоки 9 (ДУ 5762) и 10 (А 5798). Из реактора 8 отводят в стриппер 3 поток плава синтеза 11 (К 8463, ДУ 3712, А 6094, В 2821). Газовый поток 12 (ДУ 782, А 1004, В 45, И 1268) выводят из реактора 8 в промыватель 13. В стриппере 3 происходит разложение основного количества КА и выделение А и ДУ из растворов за счет тепла, подводимого с паром. Подача в стриппер газообразного ДУ противотоком к плаву позволяет снизить парциальное давление А в газовой фазе и значительно увеличить степени разложения КА и отгона А и ДУ. Газовый поток 14 (ДУ 52567, А 36603, В 2190, И 1268) из стриппера 3 направляют в конденсатор карбамата 15. Освобожденный от основного количества неконвертированных А и ДУ поток плава 16 (К 52813, ДУ 7555, А 5963,В 21495) при температуре 170 С выводят из стриппера и направляют в колонну дистилляции второй ступени 17, в которой при давлении 0,35 Мпа и обогреве паром низкого давления отгоняют неконвертированные реагенты. Поток раствора 18 (А 924, ДУ 384, К 52813, В 19454) из колонны 17 направляют на стадию вакуум-концентрирования. Газовый поток 19 (А 5039, ДУ 7171, В 2041) из колонны 17 поступает в конденсатор 20 на абсорбцию слабым раствором УАС. Раствор К из колонны 17 концентрируют в выпарных аппаратах 21 и 22, в первом из которых процесс ведут при 125 С и остаточном давлении 32 кПа с получением раствора карбамида концентрацией 95 , а во втором - при 140 С и остаточном давлении 2,6 кПа с получением раствора карбамида концентрацией 99,7 . Полученный расплав (К 52813, В 159) потоком 23 направляют на грануляцию (на схеме не показана),где получают готовый продукт (52972). Вакуум на стадии концентрирования раствора К создают системой паровых эжекторов 24-26. Соковый пар конденсируется в системе конденсаторов 27-29, охлаждаемых оборотной водой. В конденсатор 29 поступают также сдувки из конденсатора 20 - поток 30 (А 5, В 1). Из конденсаторов 27-29 поток 31 (А 928, ДУ 384, В 31743) подают в сборник 32, откуда насосом 33 часть раствора потоком 34 (А 66, ДУ 27, В 2241) подают на орошение абсорбера 35, в нижнюю часть которого потоком 36(А 186, ДУ 31, И 1268) поступает газовая фаза из промывателя 13. Поток 37 (И 1268) из абсорбера 35 сбрасывают в атмосферу. Полученный в абсорбере 35 раствор УАС потоком 38 (А 252, ДУ 58, В 2241) поступает в конденсатор 20. Часть конденсата сокового пара из сборника 32 потоком 39(А 862, ДУ 357, В 29502) направляют на стадию очистки сточных вод (не показана), где из раствора десорбируют А и ДУ и потоком 40 (А 862, ДУ 357, В 1370) возвращают в конденсатор 20. Полученный в конденсаторе 20 раствор УАС потоком 41 (А 6149, ДУ 7586, В 5651) насосом 42 подают в промыватель 13, где при 160 С и давлении 13,8 МПа используют для абсорбции газов из реактора 8, поступающих в промыватель 13 потоком 12. Поток 43 (А 6967, ДУ 8337, В 5696) раствора УАС из промывателя 13 поступает в эжектор 1, а оттуда в смеси с потоком 2 - в конденсатор 15, где протекает реакция образования КА и конденсация А с выделением тепла, используемого для получения пара низкого давления. Поток 44 газожидкостной смеси (А 67699, ДУ 60904, В 7886, И 1268), полученный в конденсаторе 15, поступает в реактор 5, где протекает реакция образования К. Показатели процесса по данному и последующим примерам приведены в таблице. 3 3628 1 Пример 2 (сравнительный). В соответствии с фиг. 2 в реактор 1, работающий при давлении 19 МПа и температуре 190 С, подают поток 2, содержащий ДУ 10700 и И 412, и поток 3 жидкого А (17363). Из реактора 1 выводят в стриппер 4,работающий при давлении 13,8 МПа, потоком 5 (К 11381, ДУ 2346, А 6311, В 3414) плав карбамида. Газовую фазу из реактора 1 потоком 6 (А 4603, ДУ 8) направляют в реактор 7, работающий при 183 С и давлении 13,8 МПа. Туда же вводят из конденсатора карбамата 8 газожидкостную смесь - поток 9 (ДУ 62337, А 64675, В 10780, И 1144). Жидкий поток 10 (К 43783, ДУ 24976, А 38071, В 23538) из реактора 7 направляют в стриппер 4, а газовый поток 11 (ДУ 5261, А 6397, В 377, И 1556) - в промыватель 12. В стриппер 4 противотоком к потоку плава карбамида подают газообразный поток 13 (ДУ 29754, И 1144). Поток 14 газовой фазы из стриппера (А 38526, ДУ 49497, В 2533, И 1144) направляют в конденсатор карбамата 8. Поток жидкости 15 (А 5856, ДУ 7579, К 55164, В 24419) поступает из стриппера 4 на стадию дистилляции низкого давления в колонне 16, осуществляемую при давлении 0,35 МПа. Поток раствора 17 (А 852, ДУ 356, К 55164, В 22392) из колонны 16 направляют на стадию вакуум-концентрирования в выпарных аппаратах 18 и 19. Полученный расплав (К 55164, В 166) потоком 20 направляют на грануляцию (на схеме не показана), где получают товарный продукт (55330). Газы дистилляции из колонны 16 потоком 21 (А 5004, ДУ 7223, В 2027) передают в конденсатор 22, где осуществляют их абсорбцию-конденсацию с образованием водного раствора УАС. Процесс концентрирования раствора К ведут аналогично примеру 1. Вакуум на стадии выпаривания раствора карбамида создают системой паровых эжекторов 23-25. Соковый пар, а также пар эжекторов, конденсируют в системе конденсаторов 26-28. В конденсатор 28 поступают также сдувки из конденсатора 22 - поток 29 (А 5, В 1). Из конденсаторов 26-28 поток 30 (А 856, ДУ 356, В 34675) подают в сборник 31, откуда насосом 32 часть раствора потоком 33(А 128, ДУ 53, В 4474) подают на орошение абсорбера 34, работающего при давлении 0,6 МПа. Остальную часть раствора потоком 35 (А 728, ДУ 303, В 28834) передают в узел очистки сточных вод (на схеме не показан). Рециркулируемый из этого узла газовый поток 36 (А 728, ДУ 303, В 1370) возвращают в конденсатор 22. В нижнюю часть абсорбера 34 потоком 37 (А 1190, ДУ 206, В 34, И 1556) поступает газовая фаза из промывателя 12. Полученный в абсорбере 34 раствор УАС потоком 38 (А 1318, ДУ 259, В 4508) поступает в конденсатор 22. Поток 39 (И 1556) из абсорбера 34 сбрасывают в атмосферу. Полученный в конденсаторе 22 раствор УАС потоком 40 (А 7046, ДУ 7785, В 7904) насосом 41 подают в промыватель 12. Поток 42 (А 12253, ДУ 12840, В 8247) раствора УАС из промывателя 12 эжектором 43 подают в конденсатор карбамата 8. Рабочим потоком в эжекторе служит жидкий поток 44 (А 13896). Пример 3 (сравнительный). В соответствии с фиг. 3 синтез карбамида осуществляют в двух реакторах 1 и 2, работающих, как в примере 1, при 183 С и давлении 13,8 МПа. Газовые потоки из обоих реакторов направляют в промыватель 3. Неконвертированные реагенты из плава, полученного в обоих реакторах, отгоняют на первой стадии в стриппере 4 при давлении, равном давлению на стадии синтеза. Все неконвертированные реагенты, включая сконденсированные в промывателе 3, а также отогнанные на стадиях низкого давления и возвращаемые на стадию синтеза через промыватель 3, возвращают только в реактор 1. Жидкий А (18034) подают потоком 5 в струйный насос 6. В стриппер 4 подают газовый поток 7 (ДУ 28029, И 1268). Из реактора 1 жидкий поток 8 (К 44350, А 38584, ДУ 25300, В 24386) подают в стриппер 4, а газовый поток 9 (А 6482, ДУ 5329, В 390, И 1268) - в промыватель 3. В реактор 2 подают потоки 10 (А 11894) и 11 (ДУ 10700, И 443), выводят жидкий поток 12 (К 8463, А 6094, ДУ 3712, В 2499) в стриппер 4 и газовый поток 13 (А 1004, ДУ 782, В 40, И 443) в промыватель 3. Из стриппера 4 поток 14 частично освобожденного от неконвертированных реагентов плава обоих реакторов (К 52813, А 6219, ДУ 8048, В 24358) поступает в колонну дистилляции 15, работающую при давлении 0,35 МПа, а газовый поток 16 (ДУ 48993, А 38459, В 2527) - в конденсатор 17. Раствор из колонны 15 потоком 18 (К 52813, А 905, ДУ 378, В 22337) поступает на стадию концентрирования в аппаратах 19 и 20, работающих при тех же параметрах, что в примерах 1 и 2, где получают поток расплава карбамида 21 (К 52813,В 459), направляемый на грануляцию (на схеме не показана). Газовый поток 22 (ДУ 7670, А 5314, В 2021) подвергают абсорбции-конденсации в конденсаторе 23. Соковый пар из аппаратов 19, 20, а также пар от эжекторов 24-26 поступает в систему конденсаторов 2729, охлаждаемых оборотной водой. В конденсатор 29 поступают также сдувки из конденсатора 23 - поток 30(А 5, В 1). Из конденсаторов 27-29 поток 31 (А 909, ДУ 378, В 34627) подают в сборник 32, откуда часть раствора потоком 33 (А 134, ДУ 56, В 5124) подают на орошение абсорбера 34, а другую часть потоком 35(А 775, ДУ 322, В 29503) направляют на стадию очистки сточных вод (не показана), где из раствора десорбируют А и ДУ и потоком 36 (А 775, ДУ 322, В 1370) возвращают в конденсатор 23. В абсорбер 34, работающий при давлении 0,6 МПа, потоком 37 (А 1392, ДУ 239, В 39, И 1711) поступает газовая фаза из промывателя 3. Полученный в абсорбере 34 раствор УАС потоком 38 (А 1526, ДУ 295, В 5163) поступает в конденсатор 23. Газовый поток 39 (И 1711) из абсорбера 34 сбрасывают в атмосферу. Полученный в конденсаторе 23 раствор УАС потоком 40 (А 7611, ДУ 8287, В 8553) насосом 41 подают в промыватель 3, где при давлении 13,8 МПа и температуре 160 С происходит абсорбция-конденсация газов из реакторов 1 и 2. Поток 42 (А 13705, ДУ 14159, В 8944) раствора УАС из промывателя 3 эжектором 6 подают в 4 3628 1 конденсатор 17. Рабочим потоком в эжекторе служит жидкий поток 5. Поток 43 (ДУ 63152, А 70198, В 11471) из эжектора поступает в реактор 1. Показатели процесса получения карбамида Показатель Мольное соотношение АДУВ на входе- во вторую зону синтеза Степень конверсии ДУ в К,- во второй зоне синтеза- средневзвешенная Количество веществ, отгоняемых на стадиях дистилляции и выпаривания, т/т карбамида-В Затраты пара на обработку плава карбамида, Гкал/т карбамида Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.