Спосіб одержання карбаміду

Изобретение относится к промышленному получению мочевины, в частности, к высокоэффективному способу синтеза мочевины из диоксида углерода и жидкого аммиака. Известный уровень техники включает в себя промышленные способы получения мочевины, которые основаны на синтезе карбамата аммония при высоких температурах (например, 175 2500°C) и давлениях (например, 12 - 25МПа) из аммиака и диоксида углерода по следующему уравнению экзотермической реакции: с последующей дегидратацией карбамата аммония в мочевину в той же реакционной зоне и при тех же условиях, согласно следующему уравнению эндотермической реакции: протекающей последовательно с реакцией образования карбамата аммония. В то же время, как в указанных условиях первая реакция протекает быстро и сильно смещена вправо, реакция дегидратации карбамата протекает более медленно и только частично смещена вправо. Для достижения высокой конверсии в мочевину и для ограничения образования вредных побочных продуктов, таких как биурет и его гомологи, молярное отношение устанавливают в реакционной зоне в промышленных установках в пределах 23 - 5. Исходящий из зоны синтеза поток, по существу, представляет собой раствор мочевины, воды, непрореагировавшего карбамата аммония и свободного аммиака. Свободный аммиак и карбамат аммония, содержащийся в указанном исходящем потоке, должны быть отделены и редуцированы в зону синтеза для полного превращения в мочевину, с тем, чтобы из установки удалялась только конечная мочевина и стехиометрическое количество воды в соответствии со следующим общим уравнением реакции: согласно которому, образование каждого моля мочевины сопровождается образованием одного моля воды, образующейся при дегидратации карбамата аммония. В известном способе (Стриппинг-процесс фирмы "Стамикарбон", Д.М. Торловский, Л.Н. Альтшулер, В.И. Кучерявый. "Те хнология карбамида", Л., Химия, 1981г., с.158) непрореагировавшие и выделяют из плава синтеза, а затем конденсируют под давлением синтеза с последующей подачей жидкой и газообразной фаз в реактор синтеза. Недостаток известного способа состоит в том, что жидкая и газообразная фазы подаются совместно в колонну синтеза без перемешивания. В этом случае размер газовых пузырей оказывается значительным, так что газ, образующий газовый пузырь, при прохождении через плав колонны синтеза не успевает полностью прореагировать и уходит в сдувку с последующим многократным рециклированием. Так как ректификация требует ввода дополнительной энергии (до 30% от теоретически необходимой), то себестоимость конечного продукта значительно увеличивается. В качестве прототипа взят способ получения карбамида из диоксида углерода и аммиака, описанный в заявке Японии №58 - 22147. В соответствии с этим способом раствор карбамата аммония и газовую смесь, содержащую диоксид углерода, аммиак, перед подачей в колонну синтеза перемешивают, плав синтеза подвергают ректификации с последующим гранулированием. Недостаток этого способа состоит в том, что перемешивание газа и жидкости проводится без контроля процесса диспергирования газа в жидкости, в результате чего возникает с одной стороны угроза вспенивания (при интенсивном перемешивании), что резко тормозит весь процесс синтеза, с другой - к образованию газовых пузырей увеличенных размеров - при недостаточной степени диспергирования (перемешивания), В основу изобретения положена задача усовершенствования способа получения карбамида из диоксида углерода и жидкого аммиака путем оптимизации процесса перемешивания жидкой и газовой фаз перед подачей их в колонну синтеза, что позволяет увеличить степень конверсии диоксида углерода и, следовательно, в конечном счете уменьшить себестоимость конечного продукта. Для этого в способе получения карбамида из диоксида углерода и жидкого аммиака, включающем перемешивание раствора карбамата аммония и газовой смеси, содержащей диоксид углерода, аммиак, подачу газожидкостной смеси в колонну синтеза, ректификацию плава синтеза и гранулирование, согласно изобретению, перемешивание раствора карбамата аммония и газовой смеси проводят при поддержании числа Рейнольдса в пределах от 2,3 ´ 103 до 4,5 ´ 103. Технический результат состоит в образовании в заданных условия х перемешивания микропузырьков газа в потоке карбамата аммония непосредственно перед подачей в колонну синтеза газожидкостной смеси. Уменьшение диаметра пузырьков газа вдвое увеличивает его реакционную поверхность (если предположить, что пузырек имеет сферическую форму) соответственно в два раза. А это значительно увеличивает степень конверсии диоксида углерода в колонне синтеза и, следовательно, снижает себестоимость конечного продукта. Причинно-следственная связь отличительных признаков изобретения состоит в установлении оптимального режима перемешивания, а именно при поддержании числа Рейнольдса в пределах от 2,3 ´ 103 до 4,5 ´ 103. Проведение перемешивания при поддержании числа Рейнольдса ниже 2,3 ´ 103 существенно не уменьшает диаметр газовых пузырьков. Превышение же числа Рейнольдса сверх 4,5 ´ 103, как было установлено экспериментально, приводит к вспениванию потока карбамата аммония, что резко тормозит процесс синтеза в колонне синтеза. В способе получения карбамида, согласно прототипа, подаваемая в нижнюю часть колонны синтеза газожидкостная смесь содержит пузырьки газов (аммиак, диоксид углерода) диаметром 10 - 20мм. В предлагаемом способе после перемешивания газожидкостной смеси общая поверхность пузырьков увеличивается не один-два порядка. Примеры осуществления способа. На чертеже (фиг.) представлена упрощенная схема получения карбамида по новому способу. Свежеприготовленный диоксид углерода по трубопроводу 1 поступает в стриппинг-аппарат 2. В стриппинг-аппарате 2 через батарею вертикально расположенных трубок сверху подается плав синтеза по трубопроводу 3 из колонны синтеза 4. Раствор карбамида из стриппинг-аппарата 2 по каналу 5 подается на последующие стадии очистки и, в конечном счете, на гранулятор (на схеме не показаны). Из стриппинг-аппарата 2 продукты реакции (водяной пар, диоксид углерода, аммиак) по трубопроводу 6 подаются в карбаматный конденсатор 7. Туда же из инжектора 8 подается раствор углеаммонийных солей и аммиак (канал подачи на схеме не показан). Из карбаматного конденсатора 7 по трубопроводу 10 смесь газов (аммиак, диоксид углерода) подается в трубопровод 11, по которому в сторону колонны синтеза проходит под соответствующим давлением и при соответствующей температуре поток раствора карбамата аммония. Перед входом в колонну синтеза газожидкостная смесь подвергается перемешиванию в устройстве 12 в течение 1 - 2с в условиях, когда обеспечивается достижение числа Рейнольдса в указанных выше пределах. Пример 1. Использовалась простейшая лопастная мешалка, лопасти которой были изготовлены из сложных оксидов на основе магния и алюминия. Необходимая степень перемешивания (турбулизации) достигалась при числе оборотов мешалки от 1500 до 2000об/мин (при диаметре трубопровода 200мм). В отмеченном диапазоне скоростей как раз и достигались оптимальные значения числа Рейнольдса. Диаметр микропузырьков составлял 0,5 - 1мм. При вращении лопастей мешалки со скоростью 1200об/мин диспергирование газовой фазы в потоке водного раствора карбамата аммония было незначительным и аффект увеличения конверсии диоксида углерода не наблюдался. Наоборот, при превышении скорости вращения лопастей мешалки выше 2000об/мин в потоке появляются признаки вспенивания. Вспененная масса имеет неблагоприятные для течения в трубопроводе характеристики (уменьшение скорости подачи газожидкостной фазы в реактор, коагуляция микропузырьков и т.д.). Пример 2. Использовался известный эффект диспергирования в потоке жидкости газовых струй, подаваемых в этот поток в различных его местах под некоторым углом к направлению его движения. Величина числа Рейнольдса регулировалась вентилем на канале подачи газовой фазы (на чертеже не показан). Дросселированием газовой струи перед подачей ее в поток раствора карбамата аммония обеспечивалось достижение заданного диапазона значений числа Рейнольдса. Размер микропузырьков газовой фазы, которая гомогенно распределялась в жидкости, составлял в среднем 0,25мм. Степень конверсии диоксида углерода определялась расчетным путем и экспериментально. Результаты экспериментов в примерах 1 и 2 сведены в таблицу. Приведенные примеры не ограничивают средств осуществления заявляемого способа. Как показывают приведенные данные, перемешивание газожидкостной смеси, приводимое в условиях заданного числа Рейнольдса, позволяет довести конверсию диоксида углерода за один цикл до 69%. А это в свою очередь позволяет снизить себестоимость конечного продукта на 10 15%.