способ получения карбамида

Формула изобретения

Способ получения карбамида из аммиака и диоксида углерода при повышенных температуре и давлении, молярном соотношении NH ₃:CO₂=(3,4-3,7):1, в реакторе синтеза карбамида с последующим выделением избыточного аммиака из плава синтеза карбамида сепарацией при давлении 80-120 кгс/см², двухступенчатой дистилляцией плава, конденсацией газов дистилляции с образованием рециркулируемых растворов углеаммонийных солей, причем дистилляцию первой ступени проводят при давлении 80-120 кгс/см² в токе CO₂, плав после дистилляции передают на вторую ступень дистилляции, которую осуществляют при низком давлении, газы дистилляции первой ступени конденсируют в двух последовательных зонах при давлении дистилляции первой ступени, при этом в первой зоне конденсацию осуществляют при введении части раствора углеаммонийных солей, полученного при конденсации газов дистилляции второй ступени, а конденсирующиеся пары охлаждают конденсатом, кипящим под избыточным давлением, с получением пара, раствор углеаммонийных солей, выходящий из второй зоны конденсации, направляют в реактор, отличающийся тем, что на первой ступени дистилляции CO₂ используют в количестве 30-35% от общего его количества, вводимого в процесс, из реактора синтеза карбамида раздельно выводят газы и жидкий плав синтеза карбамида, газы, выведенные из реактора синтеза, вместе с избыточным аммиаком, выделенным на стадии сепарации, вводят в первую зону конденсации газов дистилляции первой ступени, во второй зоне конденсации газов дистилляции первой ступени конденсирующиеся пары охлаждают оборотной водой, а не сконденсированные газы при том же давлении промывают другой частью раствора углеаммонийных солей, полученного при конденсации газов дистилляции второй ступени, и образующийся раствор углеаммонийных солей вводят во вторую зону конденсации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения карбамида из аммиака и диоксида углерода.

Известен способ получения карбамида, включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в реакторе синтеза при повышенных температуре (160-190°C) и давлении (125-200 кгс/см²), молярном соотношении NH₃:CO₂=(1,5-3,5):1 (предпочтительно 2,1:1) с образованием реакционной смеси, содержащей карбамид, карбамат аммония (далее - карбамат) и свободный аммиак в водном растворе, раздельный вывод газов и жидкого плава синтеза карбамида из реактора синтеза, последующую подачу плава синтеза карбамида в стриппер для частичного разложения карбамата и частичного выделения свободного аммиака в токе исходного диоксида углерода (предпочтительно 25-75% от общего его количества, вводимого в процесс) при давлении от 10 кгс/см² до давления в реакторе синтеза, с получением газового потока, включающего аммиак и диоксид углерода, и жидкостного потока, включающего карбамид и остаточный карбамат в водном растворе, подачу жидкостного потока из стриппера на стадии последующего разложения карбамата, отделения аммиака и диоксида углерода и выделения карбамида, подачу газового потока из стриппера на стадию частичной абсорбции-конденсации, подачу образующегося на этой стадии жидкостного потока в реактор синтеза (SU 190290, C07C 127/04, переиздание 1974).

Вследствие использования в этом способе незначительного избытка аммиака степень конверсии диоксида углерода в карбамид и удельная производительность реактора невысоки, что приводит к значительным капитальным затратам на его сооружение и к большому масштабу рецикла, требующему высоких энергозатрат - на уровне 0,217 т условного топлива (тут) на производство 1 т карбамида.

Наиболее близким к предложенному является известный способ получения карбамида из аммиака и диоксида углерода при повышенных температуре и давлении, молярном соотношении NH₃:CO₂=(3,6-6,0):1, в реакторе синтеза карбамида с последующим выделением избыточного аммиака из плава синтеза карбамида сепарацией при давлении 60-120 кгс/см² , двухступенчатой дистилляцией плава, конденсацией газов дистилляции с образованием рециркулируемых растворов УАС, причем дистилляцию первой ступени проводят при давлении 60-120 кгс/см² в токе CO₂ (~70% от общего его количества, вводимого в процесс), плав после дистилляции передают на вторую ступень дистилляции, которую осуществляют при низком давлении, газы дистилляции первой ступени конденсируют в двух последовательных зонах при давлении дистилляции первой ступени, причем в обеих зонах конденсирующиеся пары охлаждают конденсатом, кипящим под избыточным давлением, с получением пара, используемого на последующих стадиях процесса; при этом конденсацию в первой зоне осуществляют при избытке CO ₂ в газовой фазе и введении раствора УАС, полученного при абсорбции-конденсации газов дистилляции второй ступени, во вторую зону конденсации подают отсепарированный аммиак, раствор УАС, выходящий из второй зоны конденсации, направляют в реактор, смешивая перед рециркуляцией с жидким аммиаком, а несконденсированные газы подвергают водной абсорбции-конденсации совместно с газами дистилляции второй ступени (SU 692257, C07C 126/02, 1984).

Этот известный способ благодаря сочетанию высокого молярного соотношения NH₃:CO₂ на стадии синтеза с проведением дистилляции первой ступени при давлении, не столь низком, как 10 кгс/см², но и не столь высоком, как давление синтеза, позволяет минимизировать затраты энергетических средств. Как указано в описании известного способа, при его осуществлении суммарные удельные энергетические затраты на производство 1 т карбамида составляют 0,166 тут и значительно ниже затрат по другим известным способам. Однако предусмотренные известным способом условия конденсации газов дистилляции первой ступени в двух последовательных зонах обеспечивают относительно невысокую полноту их конденсации при давлении 60-120 кгс/см²: по мере протекания процесса конденсации при постоянной температуре и увеличения концентрации карбамата аммония в образующемся растворе УАС возрастает равновесное давление паров над раствором. Поэтому во второй зоне конденсации, охлаждаемой так же, как и первая, конденсатом, кипящим под давлением, степень конденсации невысока. Несконденсированные на этой стадии газы подвергают конденсации на ступени низкого давления. Так, согласно примеру из описания данного известного способа, общее количество газов, выделенных при давлении 90 кгс/см² , составляет 107900 кг/ч, и из этого количества на ступень низкого давления передают 34900 кг/ч (32%). Это приводит к получению большого количества разбавленного раствора УАС, который до рециркуляции необходимо сконцентрировать, что требует дополнительных энергетических затрат. По этой причине технический потенциал указанного выше сочетания условий синтеза и дистилляции первой ступени используется не полностью.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании процесса получения карбамида с пониженными энергетическими затратами.

Для решения этой задачи предложен способ получения карбамида из аммиака и диоксида углерода при повышенных температуре и давлении, молярном соотношении NH₃:CO₂=(3,4-3,7):1 в реакторе синтеза карбамида с последующим выделением избыточного аммиака из плава синтеза карбамида сепарацией при давлении 80-120 кгс/см², двухступенчатой дистилляцией плава, конденсацией газов дистилляции с образованием рециркулируемых растворов углеаммонийных солей, причем дистилляцию первой ступени проводят при давлении 80-120 кгс/см² в токе CO₂, плав после дистилляции передают на вторую ступень дистилляции, которую осуществляют при низком давлении, газы дистилляции первой ступени конденсируют в двух последовательных зонах при давлении дистилляции первой ступени, при этом в первой зоне конденсацию осуществляют при введении части раствора углеаммонийных солей, полученного при конденсации газов дистилляции второй ступени, а конденсирующиеся пары охлаждают конденсатом, кипящим под избыточным давлением, с получением пара, раствор углеаммонийных солей, выходящий из второй зоны конденсации, направляют в реактор, отличающийся тем, что на первой ступени дистилляции CO₂ используют в количестве 30-35% от общего его количества, вводимого в процесс, из реактора синтеза карбамида раздельно выводят газы и жидкий плав синтеза карбамида, газы, выведенные из реактора синтеза, вместе с избыточным аммиаком, выделенным на стадии сепарации, вводят в первую зону конденсации газов дистилляции первой ступени, во второй зоне конденсации газов дистилляции первой ступени конденсирующиеся пары охлаждают оборотной водой, а несконденсированные газы при том же давлении промывают другой частью раствора углеаммонийных солей, полученного при конденсации газов дистилляции второй ступени, и образующийся раствор углеаммонийных солей вводят во вторую зону конденсации.

Технический результат, возникающий при использовании предложенного способа, состоит в том, что, благодаря введению газообразных потоков из реактора синтеза и из зоны сепарации избыточного аммиака в первую зону конденсации при давлении 80-120 кгс/см² совместно с газами дистилляции первой ступени, оказывается возможным существенно увеличить степень конденсации аммиака и диоксида углерода на этой стадии и соответственно увеличить выработку пара при конденсации, а также снизить количество газов, которые необходимо конденсировать при низком давлении. Это обстоятельство влечет за собой снижение энергетических затрат в производстве карбамида до 0,160 тут на 1 т карбамида.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами со ссылкой на технологическую схему, приведенную на прилагаемой фиг.1.

ПРИМЕР 1. В реактор синтеза карбамида 1 подают потоки жидкого аммиака 2 (47147 кг/ч) и газообразного диоксида углерода 3 (39536 кг/ч), а также рециркулируемого раствора УАС 4 (142096 кг/ч; аммиак 53,8, диоксид углерода 34,2, вода 10,5, карбамид 1,6) из второго конденсатора высокого давления 5 (мольное соотношение NH₃:CO₂ в реакторе 3,63:1). В реакторе при давлении 200 кгс/см² и температуре 190°C образуются и раздельно из него выводятся поток 6 плава синтеза карбамида: (217340 кг/ч; карбамид 39,4, аммиак 29,9, диоксид углерода 12,4, вода 18,4; здесь и далее все составы даны в мас.%; содержание карбамата аммония показано как содержание аммиака и диоксида углерода, продуктом взаимодействия которых он является; содержание инертных примесей в газовых потоках не показано) и поток 7 несконденсированных газов (аммиак 11439 кг/ч). Поток 6 дросселируют до давления 90 кгс/см² в сепаратор 8, где из него при 165°С выделяется газообразный поток 9 (22268 кг/ч; аммиак 76,5, диоксид углерода 19,4, вода 4,1). Поток 10 плава из сепаратора 8 (195072 кг/ч; карбамид 43,9, аммиак 24,5, диоксид углерода 11,6, вода 20,0; мольное соотношение NH ₃:CO₂=2,18 - с учетом карбамида) без изменения давления поступает в стриппер 11, где при нагреве паром высокого давления (49459 кг/ч, давление 18,5 кгс/см²) и продувке диоксидом углерода (поток 12; 21389 кг/ч) при 170°C в нижней части происходит разложение большей части карбамата аммония и отгонка оставшегося избыточного аммиака. Плав, выводимый из стриппера 11 (поток 13; 140240 кг/ч; карбамид 60,6, аммиак 7,8, диоксид углерода 7,0, вода 24,7), подвергают дальнейшей обработке с помощью обычных технологических приемов: дистилляция второй ступени при избыточном давлении 3 кгс/см² и температуре 135-140°C, конденсация выделенных газов при охлаждении водой с образованием разбавленного раствора УАС, выпаривание раствора карбамида в три ступени под вакуумом (остаточное давление 50, 30 и 3 кПа) до концентрации 98,5-99,5% с последующим приллированием или гранулированием, в результате которого получают 84000 кг/ч карбамида. Газовый поток 14 из стриппера 11 (76221 кг/ч; аммиак 48,5, диоксид углерода 45,0, вода 5,7, карбамид 0,9) вместе с потоками 7 и 9 поступает в первый конденсатор высокого давления 15. В конденсатор 15 подают также часть раствора УАС, полученного при конденсации газов дистилляции второй ступени (поток 16; 15891 кг/ч; аммиак 35,6, диоксид углерода 30,3, вода 29,3, карбамид 4,8). В межтрубном пространстве конденсатора 15 при испарении парового конденсата, поступающего из емкости 17, за счет тепла образования карбамата и растворения аммиака при 157°С образуется 55647 кг/ч пара давлением 3 кгс/см ² (поток 18), который используют на последующих стадиях процесса. Газожидкостная смесь из конденсатора 15 поступает во второй конденсатор высокого давления 5, куда также подают раствор УАС из абсорбера высокого давления 19 (поток 20; 24320 кг/ч; аммиак 55,0, диоксид углерода 21,2, вода 20,5, карбамид 3,4). В конденсаторе 5 при 115°C (охлаждение оборотной водой) конденсируется большая часть газов, не сконденсированных в конденсаторе 15, с образованием рециркулируемого в реактор 1 потока 4. Большая часть газов, не сконденсированных в конденсаторе 5 (поток 21; аммиак 8044 кг/ч), поглощается другой частью раствора УАС, полученного при конденсации газов дистилляции второй ступени (поток 22; 17000 кг/ч; состав идентичен составу потока 16), в абсорбере высокого давления 19 с образованием потока 20 раствора УАС. Неабсорбированный аммиак (1990 кг/ч) в смеси с инертными газами (поток 23; менее 2% от суммарного количества газов, конденсируемых при давлении 90 кгс/см² - потоки 7, 9 и 14) направляют на окончательное поглощение в абсорбер низкого давления 24. Количества и составы потоков приведены также в прилагаемой таблице.

ПРИМЕР 2. Отличается от примера 1 тем, что сепаратор 8, стриппер 11, конденсаторы 15 и 5 и абсорбер 19 работают при давлении 80 кгс/см². Температуры в реакторе 1, сепараторе 8, нижней части стриппера 11, конденсаторах 15 и 5 составляют соответственно 190, 162, 170, 152 и 110°C. Давление пара, генерируемого в конденсаторе 15, составляет 2,8 кгс/см². Количества и составы потоков приведены в таблице.

ПРИМЕР 3. Отличается от примера 1 тем, что сепаратор 8, стриппер 11, конденсаторы 15 и 5 и абсорбер 19 работают при давлении 120 кгс/см ². Температуры в реакторе 1, сепараторе 8, нижней части стриппера 11, конденсаторах 15 и 5 составляют соответственно 195, 175, 170, 166 и 150°C. Давление пара, генерируемого в конденсаторе 15, составляет 3,2 кгс/см². Количества и составы потоков приведены в таблице.

Таблица
Количества и составы потоков по примерам
№ потока	Количество, кг/ч	Состав, мас.%
NH3	CO2	карбамид	вода
Пример 1
2	47147	100
3	39536		100
4	142096	53,8	34,2	1,6	10,5
6	217340	29.9	12,4	39,4	18,4
7	11439	100
9	22268	76,5	19,4		4,1
10	195072	24,5	11,6	43,9	20,0
12	21389		100
13	140240	7,8	7,0	60,6	24,7
14	76221	48,5	45,0	0,9	5,7
16	15891	35,6	30,3	4,8	29,3
18	55647				100
20	24320	55,0	21,2	3,4	21,5
21	8044	100
22	17000	35,6	30,3	4,8	29,3
23	1990	100
Пример 2
2	47150	100
3	39536		100
4	142527	53,8	34,2	1,6	10,5
6	217752	29,9	12,5	39,3	18,3
7	11461	100
9	24327	76,5	19,8		3,8
10	193426	24,0	11,6	44,3	20,2
12	21389		100
13	139819	7,6	6,9	60,7	24,8
14	74995	47,9	45,5	0,9	5,8
16	15533	35,3	30,2	4,9	29,7
18	57671				100
20	24972	55,9	20,6	3,3	20,2
21	8761	100
22	16995	35,3	30,2	4,9	29,7
23	2761	100
Пример 3
2	47152	100
3	39536		100
4	141127	53,7	34,1	1,6	10,6
6	216425	29,7	12,3	39,5	18,5
7	11391	100
9	17620	74,3	20,5		5,2
10	198805	25,8	11,5	43,1	19,6
12	21389		100
13	141166	8,3	7,0	60,2	24,6
14	79029	50,1	43,6	0,8	5,5
16	16876	37,0	29,8	4,7	28,6
18	51866				100
20	24960	57,1	20,3	3,2	19,4
21	8747	100
22	16975	37,0	29,8	4,7	28,6
23	2466	100