EA005602B1 - Способ получения мочевины - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, который полностью или частично ведут с использованием реактора синтеза, конденсатора, скруббера и отпарного аппарата, где выпускное отверстие отпарного аппарата, через которое выгружают газовый поток во время процесса, функционально соединено с впускным отверстием конденсатора и впускным отверстием реактора, и где выпускное отверстие конденсатора функционально соединено с впускным отверстием скруббера, и где полученную реакционную смесь отпаривают в отпарном аппарате противотоком одним из исходных материалов, где газовый поток, поступающий из верхней части погружного конденсатора, подвергают дополнительной стадии промывки перед подачей указанного газового потока в скруббер высокого давления. Погружным конденсатором, работающим как таковой, может быть, например, погружной конденсатор горизонтальной или вертикальной конструкции или конденсатор карбамата с падающей пленкой высокого давления, трансформированный в погружной конденсатор. Изобретение дополнительно относится к усовершенствованию и/или оптимизации установки для получения мочевины, так же как и к установке для получения мочевины как таковой.

Description

Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида аммония, при котором получение полностью или частично предусматривает применение реактора синтеза (далее также коротко упоминаемого как «реактор»), конденсатора, стадии промывки или «скруббера» и стадии разделения или «отпаривания» с выпускным отверстием отпарного аппарата, через которое выгружают газовую смесь во время процесса, функционально соединенным с впускным отверстием конденсатора и впускным отверстием реактора, и с выпускным отверстием конденсатора, функционально соединенным с впускным отверстием скруббера, и отпариванием полученной реакционной смеси противотоком одним из исходных материалов.

В способе, основанном на принципе отпаривания, мочевина может быть получена введением избытка аммиака с диоксидом углерода в реактор синтеза (далее коротко упоминаемый как «реактор») или зону синтеза под подходящим давлением (например, 12-40 МПа) и при подходящей температуре (например, 160-250°С) с образованием в качестве первого результата карбамата аммония согласно реакции 2ΝΗ₃ + СО₂ Η₂Ν - СО - ΟΝΗ₄

Дегидратация образованного карбамата аммония приводит к образованию мочевины согласно равновесной реакции

Η₂Ν - СО -ΟΝΗ₄ Η₂Ν - СО - ΝΗ₂ + Н₂О

Теоретически достижимая конверсия аммиака и диоксида углерода в мочевину определена термодинамическим положением равновесия и зависит, например, от отношения ΝΗ₃/ί.Ό₂ (отношение Ν/С), отношения Н₂О/СО₂ и температуры.

При конверсии аммиака и диоксида углерода в мочевину в реакторе синтеза продукт реакции, полученный из реактора синтеза, является раствором синтеза мочевины, состоящим в основном из мочевины, воды, карбамата аммония и несвязанного аммиака.

Наряду с раствором синтеза мочевины в реакторе синтеза может выделяться газовая смесь непревращенных аммиака и диоксида углерода вместе с инертными газами, известная также как синтез-газ. Присутствие здесь инертных газов может возникать, например, из системы, которая добавляет воздух в установку, чтобы повысить коррозионную стойкость установки. Например, инертные газовые компоненты могут подаваться в реактор синтеза с исходными материалами (ИН₃ и СО₂). Аммиак и диоксид углерода удаляют из синтез-газа и предпочтительно возвращают в реактор синтеза.

Реактор синтеза может содержать отдельные зоны для образования карбамата аммония и мочевины. Указанные зоны, однако, могут также быть объединены в единый аппарат. Синтез может быть проведен в едином реакторе или в двух реакторах. Если используют два реактора, первый реактор, например, может работать с фактически свежими исходными материалами, а второй с исходными материалами, которые полностью или частично рециркулированы, например, из секции извлечения мочевины.

Конверсия карбамата аммония в мочевину и воду в реакторе синтеза может быть проведена за счет достаточно длительного времени пребывания реакционной смеси в реакторе. Время пребывания обычно должно быть более 10 мин, предпочтительно более 20 мин. Время пребывания обычно должно быть менее 3 ч, предпочтительно менее 1 ч.

Под установкой для получения мочевины, работающей на принципе отпаривания, понимают установку для получения мочевины, в которой разделение карбамата аммония, который не превращен в мочевину, и удаление обычно избытка аммиака ведут под давлением, которое, по существу, фактически равно давлению в реакторе синтеза. Разделение/удаление происходит в отпарном аппарате вниз по течению реактора синтеза с добавлением тепла и с или без добавления отпаривающего газа. В процессе отпаривания в качестве отпаривающего газа могут быть использованы диоксид углерода и/или аммиак перед подачей указанных компонентов в реактор синтеза. Можно также применять термическое отпаривание, что означает, что карбамат аммония разделяют исключительно подачей тепла и присутствующие аммиак и диоксид углерода удаляют из раствора мочевины. Отпаривание может быть проведено в две или более стадии. В известном способе за первой, чисто термической стадией отпаривания, следует стадия отпаривания СО₂ с дальнейшим добавлением тепла. Газовый поток, содержащий аммиак и диоксид азота, выходящий из отпарного аппарата, возвращают в реактор, через или минуя конденсатор.

В установке для получения мочевины с отпариванием реактор синтеза работает при температуре 160-240°С, предпочтительно при температуре 170-220°С. Давление в реакторе синтеза равно 12-21 МПа, предпочтительно 12,5-19,5 МПа. Отношение Ν/С в реакторе синтеза в установке для получения мочевины с отпариванием составляет между 2,5 и 4.

Часто применяемое выполнение получения мочевины путем способа с отпариванием является способом отпаривания СО₂ 81аш1сагЬои®, как описано в иЫшапи'8 Еисус1ореб1а οί Ιηά;·ΐ5ΐπ;·ι1 СТетЫгу. Том А27, 1996, стр. 344-346.

После отпаривания давление отпаренного раствора синтеза мочевины понижают до низкого уровня в секции выделения мочевины и раствор концентрируют упариванием, после чего мочевину выпускают и поток карбамата аммония под низким давлением рециркулируют в реактор синтеза. В зависимости от способа карбамат аммония может быть возвращен либо в одну, либо в несколько стадий способа, работающих под различными давлениями.

-1005602

Большую часть газовой смеси, полученной при отпаривании, конденсируют и адсорбируют вместе с аммиаком, необходимым для процесса в конденсаторе, с последующей передачей полученного карбамата аммония в реактор синтеза для образования мочевины. В стандартной установке отпаривания СО₂ 81аш1сагЬои® конденсатор карбамата, работающий под высоким давлением, обычно проектируют как так называемый конденсатор «с падающей пленкой». Здесь жидкость течет вниз по внутренней поверхности трубки указанного теплообменника в виде пленки противотоком к отпаривающему газу.

Улучшенной конструкцией конденсатора карбамата является так называемый «погружной конденсатор», как описано в ΝΕ-Α-8400839. В сравнении с конденсатором с падающей пленкой указанный тип конденсатора имеет то преимущество, что жидкость, как правило, имеет более длительное время пребывания, приводя в результате к дополнительному образованию мочевины в конденсаторе, что повышает общую производительность установки без существенных инвестиций. Погружной конденсатор, в горизонтальной форме известный также как «полый конденсатор», может быть установлен горизонтально или вертикально.

В ЕР-А-1036787 описан способ модернизации установки для получения мочевины, где существующий конденсатор с падающей пленкой трансформирован в погружной конденсатор. С этой целью установлен затопленный водослив для жидкой фазы таким образом, что конденсатор при работе установки заполняется жидкостью. Жидкость пропускают в реактор синтеза через слив. При введении газового потока из отпарного аппарата в нижнюю часть конденсатора и загрузке через верхнюю часть он работает как погружной конденсатор. Главным преимуществом указанного способа является улучшение передачи тепла в процессе. Следовательно, реакция мочевины может начинаться самопроизвольно, вызывая либо дополнительное повышение температуры (примерно от 170 до 183°С в зависимости от композиции), либо более высокое давление потока или более высокую нагрузку установки. Может также быть достигнуто сочетание указанных преимуществ.

Известным недостатком погружного конденсатора является то, что перепад давления вдоль конденсатора, вызванный процессом, больше, чем при использовании конденсатора с падающей пленкой. Газовая смесь, претерпевающая погружную конденсацию, претерпевает перепад давления, по меньшей мере равный высоте жидкостной колонны, через которую барботируют газ. Это обычно означает перепад давления 10-15-метровой жидкостной колонны. Однако движущая сила в синтетическом контуре существующей установки, то есть в контуре, который связывает оборудование высокого давления и образован комбинацией отпарной аппарат-конденсатор-реактор-отпарной аппарат, соответствует только 8-10метровой жидкостной колонне. Поскольку перепад давления газа в конденсаторе больше, чем движущая сила в контуре синтеза, газовая фаза, выходящая из конденсатора, может более не принимать участия в основной циркуляции.

В ЕР-А-1036787 указанная проблема решена пропусканием газа из конденсатора в скруббер высокого давления. В скруббере высокого давления конденсируемые компоненты, которые пропускают из конденсатора в скруббер высокого давления, абсорбируются в потоке карбамата, поступающем из секции выделения мочевины. Это означает, однако, что необходима дальнейшая конденсация в погружном конденсаторе, так как иначе скруббер высокого давления будет перегружен. Опыт показывает, что для газов из конденсатора, которые также содержат инертные газы, допустимо содержание менее 5-10% неконденсируемых газов. В результате преимущества, описанные в ЕР-А-1036787, в значительной степени теряются, если используют существующий скруббер.

Предметом данного изобретения является предоставление улучшенного способа и установки для получения мочевины с использованием погружного конденсатора, работающего как таковой, где проблема относительно большого перепада давления вдоль конденсатора полностью устранена или устранена в достаточной степени.

В соответствии с изобретением теперь неожиданно обнаружено, что вышеупомянутая проблема может быть решена дополнительной стадией промывки газового потока, поступающего из верхней части погружного конденсатора, работающего как таковой, перед подачей указанного газового потока в скруббер высокого давления.

Термин «погружной конденсатор, работающий как таковой», как использовано в данном описании, включает все типы погружных конденсаторов, как в горизонтальной, так и в вертикальной конструкции, и конденсаторы с падающей пленкой, трансформированные в погружные конденсаторы, например, типа, описанного в ЕР-А-1036787.

Указанная дополнительная стадия промывки удачно действует во втором скруббере, предпочтительно размещенном между выпускным отверстием погружного конденсатора, работающего как таковой, и скруббером высокого давления, на который далее также ссылаются как на первый скруббер. В качестве промывной жидкости на указанной дополнительной стадии промывки может быть использован свежий раствор аммиака и/или раствор карбамата, вытекающий из скруббера высокого давления, в погружной конденсатор, работающий как таковой. Предпочтительно, однако, для проведения стадии промывки использовать обе указанные промывные жидкости. В частности, предпочтительно промывать газ сначала раствором карбамата, а затем аммиаком. Указанные стадии промывки могут быть проведены с газом в качестве непрерывной фазы, например, в уплотненном слое, структурированной насадке или ко

-2005602 лонне с сетчатыми тарелками. Можно также использовать в качестве непрерывной фазы жидкость, как практикуют, например, в барботажном скруббере. Указанная стадия промывки физически может быть локализована внутри или вне существующего конденсатора.

Более того, указанный способ, в частности, подходит для усовершенствования и оптимизации существующих установок для получения мочевины, которые включают погружной конденсатор, работающий как таковой, путем дополнительной стадии промывки газового потока, поступающего из верхней части погружного конденсатора, перед подачей его в скруббер высокого давления. Таким путем можно избежать перегрузки первого скруббера и получить более эффективный способ. В существующей установке для обновления скруббера будет иметься меньше отходящих газов, так что окончательная промывка будет дешевле и/или ущерб окружающей среде будет уменьшен. Кроме того, в установках, отлаженных согласно изобретению, мощность установки в целом будет выше, потому что (первый) скруббер в принципе не является лимитирующим фактором.

Дополнительно изобретение относится к способу усовершенствования и/или оптимизации установки для получения мочевины, установки, в основном содержащей реактор синтеза, конденсатор, скруббер и отпарной аппарат, где выпускное отверстие отпарного аппарат, через которое выгружают газовую смесь во время процесса, функционально соединено с впускным отверстием конденсатора и с впускным отверстием реактора и где выпускное отверстие конденсатора функционально соединено с впускным отверстием скруббера, и где полученную реакционную смесь отпаривают в отпарном аппарате противотоком одним из исходных материалов, где газовый поток, поступающий из верхней части погружного конденсатора, подвергают дополнительной стадии промывки перед подачей газового потока в скруббер.

Дополнительно изобретение относится к установке для получения мочевины, содержащей зону высокого давления, состоящей из реактора синтеза, погружного конденсатора, работающего как таковой, первого скруббера и отпарного аппарата, где выпускное отверстие конденсатора функционально соединено с впускным отверстием первого скруббера, где между указанным выпускным отверстием конденсатора и указанным впускным отверстием первого скруббера размещен второй скруббер, где осуществляют дополнительную стадию промывки газового потока, поступающего из конденсатора. Погружной конденсатор, работающий как таковой, предпочтительно является погружным конденсатором горизонтальной или вертикальной конструкции или конденсатором карбамата с падающей пленкой высокого давления, трансформированным в погружной конденсатор.

Описанные выше принципы изобретения могут быть использованы во всех непрерывных способах отпаривания мочевины. Ясно, что возможны модификации и адаптации; такие модификации и адаптации находятся в пределах компетенции средних специалистов в данной области.

Примерами способов отпаривания мочевины, где данное изобретение может быть использовано на практике, являются способ отпаривания СО₂ 81ат1сагЬои®, способ отпаривания аммиаком, способ полуотпаривания, способ АСЕ8 (Улучшенный способ для сбережения расходов и энергии), способ ГОВ (Изобарический двойной рецикл).

На примерах изобретение теперь будет разъяснено в дополнительных деталях без ограничения области изобретения со ссылкой на следующие фигуры.

Фиг. 1 является схематическим представлением части установки для получения мочевины, соответствующей современному уровню техники, например, как описано в ЕР-А-1036787.

Фиг. 2 является схематическим представлением части установки для получения мочевины согласно данному изобретению.

На фиг. 1 В означает реактор, в основном описанный в ЕР-А-1036787, где диоксид углерода и аммиак превращают в мочевину. Раствор синтеза мочевины (И88), поступающий из реактора, направляют в отпарной аппарат СО₂ (8), где И88 превращается в газовый поток (86) и поток жидкости (8И88) путем отпаривания И88 с помощью СО₂. Газовый поток (86), поступающий из отпарного аппарата СО₂, содержит в основном аммиак и диоксид углерода, которые частично возвращают в реактор (В) и частично в конденсатор (С). Поток, который содержит отпаренный раствор синтеза мочевины (8И88), направляют на извлечение мочевины (ИВ), где мочевину (И) высвобождают, а воду (V) выгружают (и и V не показаны). В ИВ получают поток карбамата аммония низкого давления (ЬРС), который рециклизуют в скруббер высокого давления (8СВ). В указанном (первом) скруббере ЬРС взаимодействует с газовым потоком (В6), поступающим из реактора, потоком, в основном состоящим из аммиака и диоксида углерода, но дополнительно содержащим инертные (неконденсируемые) компоненты, присутствующие в исходном диоксиде углерода и исходном аммиаке. Обогащенный поток карбамата (ЕС), поступающий из 8СВ, может быть объединен с потоком, который может поступать из реактора, пропускают через подающий аммиак эжектор в конденсатор карбамата высокого давления (С), где поток 86 из отпарного аппарата конденсируют с помощью ЕС. Полученный поток карбамата высокого давления (НРС) возвращают в реактор, а газовый поток (С6), поступающий из конденсатора, в этом случае объединенный с газовым потоком из реактора (В6), направляют в скруббер высокого давления. В указанном примере свежий аммиак подают в конденсатор карбамата высокого давления (С) через эжектор, но он может быть также подан в контур В^8^С^В или в контур В^8СВ^С^В.

-3005602

На фиг. 2 показано усовершенствование существующего уровня техники в соответствии с изобретением, где в трубопровод от выпускного отверстия газа конденсатора (СО) к скрубберу высокого давления (8СК.1), в котором производят дополнительную промывку, включен второй скруббер (8СК2). Как показано в данном примере, дополнительную стадию промывки осуществляют свежим аммиаком и раствором карбамата (ЕС1), поступающими из конденсатора карбамата высокого давления (8СК1). Поток карбамата (ЕС2), поступающий из второго скруббера (8СК2), подают в конденсатор (С) через эжектор, подающий аммиак, и газовый поток ЯСС в этом случае объединяют с газовым потоком из реактора (ЯС) и направляют в скруббер карбамата высокого давления (8СЯ1).

Ясно, что возможен ряд вариантов и модификаций данного изобретения и описанного выполнения, которые находятся в пределах области техники на основе данного описания. Указанные варианты находятся в области данного изобретения и определены следующей формулой изобретения.

Claims (10)

1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, который происходит полностью или частично с применением реактора синтеза, конденсатора, скруббера и отпарного аппарата, где выпускное отверстие отпарного аппарата, через которое выгружают газовый поток во время процесса, функционально соединено с впускным отверстием конденсатора и впускным отверстием реактораб и где выпускное отверстие конденсатора функционально соединено с впускным отверстием скруббера, и где полученную реакционную смесь отпаривают в отпарном аппарате противотоком с одним из исходных материалов, отличающийся тем, что газовый поток, поступающий из верхней части погружного конденсатора, подвергают дополнительной стадии промывки до его поступления в скруббер.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсатор является погружным конденсатором или конденсатором с падающей пленкой, модифицированным в погружной конденсатор.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что промывной жидкостью, использованной на дополнительной стадии промывки, является свежий аммиак.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что промывной жидкостью, использованной на дополнительной стадии промывки, является раствор карбамата, протекающий от скруббера высокого давления к конденсатору.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что газовый поток подвергают дополнительной стадии промывки как свежим аммиаком, так и раствором карбамата.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что газовый поток промывают сначала раствором карбамата, а затем свежим аммиаком.

7. Способ усовершенствования и/или оптимизации установки для получения мочевины, которая в основном содержит реактор синтеза, конденсатор, скруббер и отпарной аппарат, где выпускное отверстие отпарного аппарата, через которое выгружают газовый поток во время процесса, функционально соединено с впускным отверстием конденсатора и впускным отверстием реактораб и где выпускное отверстие конденсатора функционально соединено с впускным отверстием скруббера, и где полученную реакционную смесь отпаривают в отпарном аппарате противотоком одним из исходных материалов, отличающийся тем, что газовый поток, поступающий из верхней части погружного конденсатора, подвергают дополнительной стадии промывки перед подачей газового потока в скруббер.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что конденсатор является погружным конденсатором горизонтальной или вертикальной конструкции или конденсатором карбамата с падающей пленкой высокого давления, трансформированным в погружной конденсатор.

9. Установка для получения мочевины, содержащая секцию высокого давления, состоящую в основном из реактора синтеза, погружного конденсатора, работающего как таковой, первого скруббера и отпарного аппарата, где выпускное отверстие конденсатора функционально соединено с впускным отверстием скруббера, отличающаяся тем, что второй скруббер помещен между указанным выпускным отверстием конденсатора и указанным впускным отверстием первого скруббера, где проводят дополнительную стадию промывки газового потока, поступающего из конденсатора.

10. Установка для получения мочевины по п.9, отличающаяся тем, что конденсатор является погружным конденсатором, сконструированным горизонтально или вертикально, или конденсатором карбамата с падающей пленкой высокого давления, трансформированным в погружной конденсатор.