Способ получения мочевины (варианты) и установка для его осуществления - RU2131868C1
Код документа: RU2131868C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к улучшенному технологическому способу получения мочевины, к установке по производству мочевины, а также к способу модернизации существующей установки по производству мочевины, в котором реакционную смесь, выходящую из реактора синтеза мочевины, подвергают операции отделения диоксида углерода (процесс Стамикарбон).
Изобретение относится также к установке, использующей указанный процесс.
Известно, что часто возникает потребность увеличения выхода и мощности производства мочевины на уже существующем предприятии. До настоящего времени было предложено несколько способов увеличения мощности путем модернизации действующего производства, например предложенный настоящими заявителями способ, приведенный в Европейской заявке EP-A-0 479103.
В заявке EP-A-0 479103 описывается способ получения мочевины, в котором аммиак высокой чистоты и диоксид углерода реагируют в первом высокоэффективном реакторе "однократного" типа, и полученная таким образом реакционная смесь подается в узел извлечения, а затем во втором реакторе обычного типа осуществляют реакцию синтеза между уже менее чистыми реагентами, в значительной степени выделенными для проведения повторного цикла в узле извлечения (возвратная смесь).
В совместно поданной заявке Швейцарии 01477/92-0 проблема увеличения мощности производства мочевины и снижения энергопотребления существующего предприятия в соответствии с процессом Стамикарбон (STC), т.е. включающего узел отделения диоксида углерода, решается путем проведения синтеза мочевины в первом реакторе с высокой производительностью в адиабатических условиях (в так называемом реакторе типа "вулкан") и последующей дистилляции реакционной смеси, выходящей из реактора типа "вулкан", с целью разделения непрореагировавшего аммиака и карбамата, которые возвращаются соответственно в реактор типа "вулкан" и существующий реактор с низкой производительностью.
Рассмотренный процесс считался вполне удовлетворительным, и дальнейшее его улучшение не представлялось возможным.
Тем не менее, продолжая свои исследования и эксперименты, заявитель смог разработать новый усовершенствованный способ переоборудования, который применим для существующих предприятий, на которых предусматривается процесс полного рециркулирования с целью значительного увеличения мощности производства мочевины и снижения энергопотребления.
Таким образом, целью настоящего изобретения является улучшенный технологический способ получения мочевины, который позволяет получить мочевину с высокой степенью конверсии, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, улучшить эксплуатацию предприятия, расширить возможности по загрузке существующего оборудования и значительно сократить количество узких мест предприятия.
Поставленная цель достигается в соответствии с настоящим изобретением в технологическом процессе производства мочевины,
включающем следующие операции:
- взаимодействие аммиака и диоксида углерода в первом реакционном пространстве;
- десорбция газа с диоксидом углерода из первой реакционной смеси,
выводимой из первого реакционного пространства, с получением очищенного раствора мочевины и паров непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода;
- подачу полученного очищенного раствора
мочевины в первую секцию выделения мочевины в дистиллятор низкого давления;
- конденсацию указанных непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода при заданном давлении в конденсаторе
карбамата;
- взаимодействие аммиака и диоксида углерода во втором реакторном пространстве, подключенном параллельно первому реакционному пространству, который отличается тем, что
дополнительно осуществляют
первую операцию разложения карбамата, содержащегося во второй реакционной смеси, получаемой во втором реакционном пространстве, при давлении, в основном совпадающем
с давлением в конденсаторе карбамата, в результате которой отделяют первичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода от жидкого потока, содержащего мочевину;
рециркулируют
первичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода в указанный конденсатор карбамата;
проводят вторую операцию разложения карбамата, содержащегося в жидком потоке мочевины,
после первой операции разложения, в результате которой отделяют вторичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода от очищенного раствора мочевины;
конденсируют полученный
вторичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода и рециркулируют полученный конденсат в указанный конденсатор карбамата.
Синтез мочевины в первом реакционном пространстве может осуществляться в технологических условиях, которые в настоящее время применяются на предприятиях, использующих процесс STC, в частности, под давлением от 130 до 200 бар и при температурах от 180 до 200oC.
Операции конденсации карбамата, стадия десорбции диоксида углерода из реакционной смеси, выходящей из указанного реакционного пространства, и стадия отделения мочевины в указанной секции выделения мочевины также можно осуществлять в соответствии с известными технологическими условиями, которые применяются на предприятиях, использующих процесс STC.
Синтез мочевины во втором реакционном пространстве преимущественно проводят в высоко эффективном реакторе "однократного" типа под давлением от 240 до 260 бар и при температуре от 190 до 200oC.
Было установлено, что реактор "однократного" типа с частичным отводом тепла является наиболее удобным для модернизации предприятий по производству мочевины, предусматривающим стадию десорбции диоксида углерода.
Наиболее предпочтительным вариантом является тот, когда реактор "однократного" типа состоит из двух частей: первичной секции, в которой осуществляется частичный отвод тепла, и вторичной секции обычного типа.
Для целей настоящего изобретения особые преимущества с точки зрения рекуперации энергии достигаются в том случае, если "первичный реактор" является реактором так называемого "котлового" типа.
В соответствии с изобретением реакционная смесь, выходящая из высокоэффективного реакционного пространства, подвергается операции разложения карбамата, с целью отделения непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода от жидкостного потока, содержащего мочевину.
Более того, эта реакционная смесь подвергается двум последовательным операциям разложения карбамата.
Первая операция разложения карбамата проводится в узле разложения высокого давления под давлением, практически разным давлению в конденсаторе карбамата, расположенном перед первым реакционным пространством.
Величина этого давления преимущественно составляет от 140 до 150 бар.
Наиболее предпочтительно, чтобы получаемый первичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода можно было непосредственно возвращать в указанный конденсатор карбамата и вновь использовать в первом реакционном пространстве.
Вторая операция разложения карбамата с использованием раствора, выходящего из первого узла разложения карбамата, осуществляется во втором узле разложения карбамата под давлением от 6 до 18 бар, наиболее предпочтительно от 8 до 14 бар.
Указанным путем получают вторичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода, который вначале конденсируют, используя водный раствор карбамата, выходящий из узла выделения мочевины, а затем возвращают в конденсатор карбамата.
После второй операции разложения карбамата также получается очищенный раствор мочевины, который можно направить в дистиллятор низкого давления узла выделения мочевины или направить перед проведением финишной обработки в вакууме в приемную емкость, расположенную после дистиллятора низкого давления.
Молярное отношение диоксид углерода/мочевина при операции отделения диоксида углерода можно оптимизировать, направляя до 20% потока реакционной смеси, выходящей из первого реактора синтеза мочевины, на первую операцию разложения карбамата.
Предпочтительно от 10 до 15 % потока реакционной смеси, выходящей из первого реактора синтеза мочевины, минует десорбцию диоксида углерода и непосредственно направляется на первую операцию разложения карбамата.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения после внимательного изучения и проведения интенсивных исследований было обнаружено, что неожиданно оказалось возможным простым и безопасным способом увеличить производительность существующего предприятия по производству мочевины, предусматривающего операцию десорбции диоксида углерода.
Если требуется увеличить мощность существующего производства более чем на 20%, то для достижения поставленной цели снижения капитальных и эксплуатационных затрат, улучшения эксплуатации существующего предприятия, расширения возможностей по загрузке существующего оборудования и значительного сокращения количества узких мест предприятия, можно применить концепцию высокоэффективного параллельного реактора.
Применение этой концепции к существующему предприятию по производству мочевины, включающему
- первый реактор синтеза мочевины в
первой реакционной зоне;
- конденсатор карбамата, связанный с верхней частью указанного первого реактора синтеза мочевины;
- десорбер диоксида углерода, связанный с нижней частью
указанного первого реактора синтеза мочевины;
- трубопроводы для подачи первой реакционной смеси, получаемой в первом реакторе синтеза мочевины, в десорбер диоксида углерода,
- первую секцию выделения мочевины из первой реакционной смеси, выводимой из адсорбера диоксида углерода, включающую дистиллятор низкого давления;
- второй реактор синтеза мочевины,
размещенный параллельно указанному первому реактору синтеза во второй реакционной зоне.
При этом усовершенствование состоит в том, что
дополнительно включает второй узел
разделения второй реакционной смеси, получаемой во втором реакторе синтеза, на мочевину и пары непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода, который включает по крайней мере первый и второй
аппараты для разложения карбамата, установленные последовательно;
трубопроводы для рециркулирования паров непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода, из первого аппарата разложения
карбамата во второй реакционной зоне в указанный конденсатор карбамата, связанный с первым реактором;
аппаратуру для конденсации паров непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода,
поступающих из второго аппарата разложения карбамата;
аппаратуру для рециркулирования полученного конденсата в указанный конденсатор карбамата, связанный с первым реактором.
Более точно, от 30 до 50% вновь вводимой мощности обеспечивается дополнительным высокоэффективным реактором (75%) "однократного" типа, в котором рециркулирование не проводится.
Указанный реактор преимущественно предусматривает частичный отвод тепла, образующегося в процессе реакции, и состоит из двух секций: первичной секции, в которой предусмотрен отвод тепла, образующегося при протекании реакции и вторичную секцию обычного типа.
Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из приведенного далее описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, тем не менее не ограничивающих его, которое дано для пояснения со ссылками на приводимые чертежи.
Краткое описание чертежей:
на фиг. 1
представлена схема предприятия по производству мочевины, включающего узел десорбции диоксида углерода, который описывается в аналоге;
на фиг. 2 представлена схема предприятия по производству
мочевины по фиг. 1, модернизированного в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 3 представлена схема предприятия по производству мочевины по фиг.
1, модернизированного в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Предприятие по производству мочевины, изображенное на фиг. 1, включает реактор синтеза 201-D, в который с помощью обычных компрессоров 104 J/JS и 102-J подается чистый аммиак (NH3 ) и диоксид углерода (CO2). Точнее, аммиак вначале подается в конденсатор карбамата 202-С с помощью трубопровода 117, в то время как диоксид углерода перед поступлением в реактор синтеза 201 вначале подается в десорбер 201-С с помощью трубопровода 107, а затем в конденсатор карбамата 202-С с помощью трубопровода 201.
В десорбер 201-С с помощью трубопровода 207 поступает также реакционная смесь, выходящая из реактора синтеза 201-D.
Цифрой 104 обозначен обычный узел отделения мочевины, включающий дистиллятор низкого давления 301-С с соответствующим сепаратором 301-Е, два вакуумных испарителя 401-С и 402-С с соответствующими сепараторами 401-F и 402-F, а также вакуумный узел концентрирования аммиака 50.
Устройство узла отделения мочевины 104 само по себе является обычным, хорошо известным в данной области техники и не будет рассматриваться здесь более подробно.
Во время проведения процесса большая часть карбамата и часть аммиака, содержащегося в растворе мочевины, выходящем из реактора 201-D, разделяются в десорбере 201-С и рециркулируются в реактор, при этом образуется раствор мочевины, выходящий из десорбера 201-С, с относительно низким остаточным содержанием диоксида углерода (7- 9% мас.) и аммиака (5-8% мас.).
Этот раствор подвергают переработке в узле отделения мочевины 104, в котором его дистиллируют под давлением 3-4 бар в 301-С: образовавшиеся пары направляются в конденсатор 302-С, где образуют раствор карбамата, который рециркулируется в реактор синтеза 201-D под действием насоса 301-J/JS.
Основные технические характеристики при изобарном процессе с отделением диоксида углерода можно суммировать в следующем виде:
- давление
синтеза около 140-145 бар
- отношение аммиак/диоксид углерода в реакторе около 2,8-3,0
- отношение вода/диоксид углерода в реакторе около 0,4-0,5
- температура в реакторе
около 185oC
- выход 57-58%
- потребление пара около 900-1000 кг на метрическую тонну мочевины
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего
изобретения, изображенным на фиг. 2, параллельно первому существующему реактору синтеза мочевины 201-D подсоединяются высокоэффективный реактор ROT и узел выделения DIST для очистки раствора мочевины,
выходящего из реактора ROT.
В реактор ROT, подсоединенный трубопроводом 108, с помощью компрессора КА-1 подается высокочистый диоксид углерода, а с помощью насоса PA-1A/1S подается высокочистый аммиак.
Реактор ROT предпочтительно является высокоэффективным реактором "однократного" типа, в котором параллельно осуществляется отделение образующегося тепла.
"Однократный" реактор ROT состоит из двух частей: первичной секции R-1 так называемого "котлового" типа, в которой осуществляется отвод образующего при протекании реакции тепла, и вторичной секции R-2 обычного типа.
Узел отделения мочевины DIST преимущественно состоит из по крайней мере двух аппаратов разложения Е-1 и Е-2, соединенных последовательно с помощью трубопровода 110.
Еще более предпочтительно, первый аппарат для разложения карбамата Е-1 функционирует под давлением, практически совпадающим с давлением в имеющемся десорбере 201-С, в то время как второй аппарат разложения карбамата Е-2 функционирует под давлением приблизительно 10 бар.
В соответствии с целью настоящего изобретения первичный поток, выходящий из аппарата разложения карбамата Е-1, содержащий пары непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода, непосредственно рециркулирует по трубопроводу III в конденсатор карбамата 202-С, который работает при том же давлении.
Вторичный поток, выходящий из верхней части аппарата разложения карбамата Е-2, содержащий пары непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода, вначале конденсируется в Е-3, а затем рециркулирует в конденсатор карбамата 202-С посредством трубопровода 112 и насоса 301-J/JS.
Из нижней части аппарата разложения карбамата Е-2 выделяют очищенный раствор мочевины, который может быть направлен по трубопроводу 113 в дистиллятор низкого давления 301-С узла выделения мочевины 104 или направляется по трубопроводу М в сборник 302-F.
В первом примере раствор мочевины, выходящий из аппарата разложения Е-2, далее в дистилляторе низкого давления 301-С подвергают совместной обработке с раствором мочевины, выходящим из десорбера 201-С.
В соответствии со вторым способом осуществления настоящего изобретения, показанным на фиг. 3, существующий реактор синтеза 201-D соединен с помощью байпасной линии BP с узлом выделения DIST', который в данном случае состоит из двух аппаратов разложения карбамата E'-1 и E'-2, спроектированных так, чтобы выдержать дополнительную нагрузку.
И в этом варианте осуществления изобретения очищенный раствор из колонны E'-2 может быть направлен в дистиллятор низкого давления 301-С либо обходит его и непосредственно направляется в сборник 302-F.
Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из приведенных далее и не ограничивающих данное изобретение примеров, в которых иллюстрируется модернизация существующего производства мочевины, предусматривающего десорбцию диоксида углерода, с мощностью 1500 метрических тонн.
Реферат
Изобретение относится к технологии получения мочевины. Способ получения мочевины включает взаимодействие аммиака и диоксида углерода в первом и втором реакторах, подключенных параллельно, с получением очищенного раствора мочевины и паров непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода. Полученный раствор мочевины из первого реактора подают в первый узел выделения мочевины и при этом ведут конденсацию непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода в конденсаторе карбамата. Первую операцию разложения карбамата во второй реакционной смеси, получаемой во втором реакционном пространстве, проводят при давлении, в основном совпадающем с давлением в конденсаторе карбамата. В результате отделяют дополнительный первичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода, который рециркулируют в указанный конденсатор карбамата. Далее проводят вторую операцию разложения карбамата, содержащегося в потоке мочевины после первой операции разложения, и конденсируют полученный вторичный поток непрореагировавших паров аммиака и диоксида углерода, после чего рециркулируют полученный конденсат в конденсатор карбамата. Установка для получения мочевины включает первый реактор синтеза мочевины в первой реакционной зоне, конденсатор карбамата, установленный до реактора синтеза мочевины, стриппер диоксида углерода, трубопроводы для подачи первой реакционной смеси в стриппер диоксида углерода, первую секцию выделения мочевины и второй реактор синтеза мочевины, размещенный параллельно первому реактору синтеза. При этом установка дополнительно содержит второй узел разделения второй реакционной смеси, получаемой во втором реакторе синтеза, который включает по крайней мере первый и второй аппараты для разложения карбамата, установленные последовательно. Кроме того, размещена аппаратура для конденсации паров непрореагировавшего аммиака и диоксида углерода и аппаратура для рециркулирования полученного конденсата в указанный конденсатор карбамата. Второй реактор синтеза мочевины представляет собой высокоэффективный реактор "однократного" типа с частичным отводом тепла, образующегося в процессе реакции. В результате увеличиваются чистота и выход конечного продукта. 3 с. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.
