Спосіб одержання сечовини

1. Спосіб одержання сечовини із аміаку та діоксиду вуглецю, який реалізують за допомогою реактора синтезу, конденсатора, скрубера й десорбера, де вихідний отвір десорбера, через який вивантажують газовий потік під час процесу, функціонально приєднаний до вхідного отвору конденсатора і до вхідного отвору реактора і де вихідний отвір конденсатора функціонально приєднаний до вхідного отвору скрубера, і де одержану реакційну суміш десорбують у десорбері протипотоком з одним із вихідних матеріалів, який відрізняється тим, що газовий потік, що надходить з верхньої частини зануреного конденсатора, піддають додатковій стадії промивання до його надходження у скрубер. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що занурений конденсатор, який працює як такий, є зануреним конденсатором або конденсатором з падаючою плівкою, модифікованим у занурений конденсатор. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що промивною рідиною, яку використовують на додатковій стадії промивання, є свіжий аміак. 4. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що промивною рідиною, яку використовують на додатковій стадії промивання, є розчин карбамату, який протікає від скрубера високого тиску до конденсатора. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що газовий потік піддають додатковій стадії промивання як свіжим аміаком, так і розчином карбамату. 2 (19) 1 3 79596 Винахід стосується способу приготування сечовини із аміаку та двуокису вуглецю, при якому приготування відбувається повністю або частково із застосуванням реактора для синтезу (далі також коротко позначеного як "реактор"), конденсатора, стадії промивання або "скруббера" та стадії розділення або "десорбції" в десорбері з випускним отвором, через який під час операції газову суміш вивантажують, функціонально приєднаним до вхідного отвору конденсатора і вхідного отвору реактора, і з вихідним отвором конденсатора, який функціонально приєднаний до вхідного отвору скруббера, і одержана реакційна суміш десорбується у протипотоку одним із початкових матеріалів. У способі, базованому на принципі десорбування, сечовину можна приготувати шля хом уведення надлишку аміаку разом з двуокисом вуглецю у реактор для синтезу (далі коротко позначений як "реактор") або зону синтезу при зручному тиску (наприклад, 12-40 МПа) і при зручній температурі (наприклад, 160-250°С), першим результатом якого є утворення карбамату амонію за реакцією: Потім в результаті дегідратації (зневоднення) карбамату амонію утворюється сечовина за рівноважною реакцією: Конверсію аміаку і двуокису вуглецю у сечовину, яку можна теоретично досягти, визначає термодинамічне положення рівноваги і залежність від, наприклад, співвідношення NH3/CO2 (співвідношення N/C), співвідношення Н2О/СО2 і температури. При конверсії аміаку і двуокису вуглецю у сечовину в реакторі для синтезу продуктом реакції, одержаним в реакторі для синтезу, є розчин синтезу сечовини, який по суті складається із сечовини, води, карбамату амонію та незв'язаного аміаку. Крім розчину синтезу сечовини, у реакторі для синтезу може міститися газова суміш неперетворених аміаку та двуокису вуглецю разом з інертними газами, відома також як синтез-газ. Інертні гази, присутні тут, можуть виникати, наприклад, із системи, яка подає повітря в установку, щоб покращити стійкість установки до корозії. Наприклад, інертні газові компоненти можуть бути доставлені до реактора для синтезу через вихідні матеріали (NH3 та СО2). Аміак та двуокис вуглецю видаляють із синтез-газу і переважно повертають до реактора для синтезу. Реактор для синтезу може мати у своєму складі окремі зони для утворення карбамату амонію і сечовини. Однак згадані зони можна також об'єднувати у єдиний апарат. Синтез можна здійснювати у єдиному реакторі або у двох реакторах. Якщо використовують два реактори, то перший реактор, наприклад, може працювати з по суті свіжими вихідними матеріалами, а другий - з вихідними матеріалами, які повністю або частково рециркульовані, наприклад, із зони відновлення сечовини. 4 Конверсію карбамату амонію у сечовину і воду у реакторі для синтезу можна здійснити шляхом забезпечення достатньо тривалого часу перебування реакційної суміші в реакторі. Взагалі час перебування має бути більшим, ніж 10 хвилин, переважно більшим, ніж 20 хвилин. Взагалі час перебування має бути коротшим, ніж 3 години, переважно коротшим, ніж 1 година. Під установкою для приготування сечовини, яка працює за принципом десорбції, розуміють установку для приготування сечовини, в якій розділення карбамату амонію, який не конвертований у сечовину, і видалення звичайно надлишку аміаку значною мірою здійснюють при тиску, який по суті фактично дорівнює тиску у реакторі для синтезу. Це розділення/видалення відбувається у десорбері вниз по течії реактора для синтезу з додаванням тепла і з або без додавання газу, що здійснює десорбцію. У способі десорбції двуокис вуглецю і/або аміак можуть бути використані як гази, що здійснюють десорбцію, перед тим, як ці компоненти додані до реактора для синтезу. Можна також використовувати термічну десорбцію, яка означає, що карбамат амонію розділяють виключно при подачі тепла, і присутні аміак і двуокис вуглецю видаляють із розчину сечовини. Десорбцію можна здійснити у дві або більше стадій. У відомому способі за першою, виключно термічною стадією десорбції, слідує стадія десорбції СО2 з подальшим додаванням тепла. Газовий потік, що містить аміак і двуокис вуглецю, який виходить із десорбера, повертається до реактора або через конденсатор, або минаючи його. В установці для виробництва сечовини із застосуванням десорбції реактор для синтезу працює при температурі 160-240°С, переважно при температурі 170-220°С. Тиск у реакторі для синтезу становить 12-21 МПа, переважно 12,5-19,5МПа. Співвідношення N/C у реакторі для синтезу в установці для виробництва сечовини з використанням десорбції становить від 2,5 до 4. Втіленням приготування сечовини способом з десорбцією, яке часто використовують, є спосіб десорбції СО2 Stamicarbon®, як описано у [Uhlmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, том А 27, 1996, стор. 344-346]. Після операції десорбції тиск десорбованого розчину синтезу сечовини зменшують до низького рівня у зоні відновлення сечовини і розчин концентрують шля хом випарювання, після чого сечовину вивільняють і потік карбамату амонію з низьким тиском рециркулюють до реактора для синтезу. Залежно від способу, карбамат амонію можна відновлювати або в одну стадію процесу, або з множиною стадій, що діють при різному тиску. Більшу частину газової суміші, одержаної при обробці десорбцією, конденсують і адсорбують разом з аміаком, необхідним для процесу в конденсаторі, після цього одержаний карбамат амонію переносять до реактора для синтезу для утворення сечовини. У стандартній установці десорбції СО2 Stamicarbon® конденсатор для карбамату, що працює при високому тиску, звичайно спроектований так, як так званий конденсатор "з падаючою 5 79596 плівкою". Тут рідина тече вниз по внутрішній поверхні трубки цього теплообмінника у вигляді плівки до газу, що здійснює десорбцію, у протипотоку до нього. Покращаною конструкцією конденсатора для карбамату є так званий "занурений конденсатор", як описано у [NL-A-8400839]. Порівняно зі звичайним конденсатором з падаючою плівкою цей тип холодильника має перевагу, яка полягає в тому, що рідина, як правило, має довший час перебування, в результаті чого відбувається утворення додаткової кількості сечовини в конденсаторі, що збільшує загальну продуктивність установки без суттєвих інвестицій. Занурений конденсатор, який у горизонтальній формі відомий також як "порожнистий конденсатор", може бути розміщений горизонтально або вертикально. [ЕР-А-1036787] описує спосіб модернізації установки для виготовлення сечовини, в якому існуючий конденсатор з падаючою плівкою трансформований у занурений конденсатор. З цією метою встановлений затоплений водозливник для рідинної фази таким чином, що конденсатор заповнений рідиною, коли установка працює. Рідина проходить до реактора для синтезу через зливник. При уведенні газового потоку із десорбера у нижню частину конденсатора і завантаженні через верхню частину він працює як занурений конденсатор. Головною перевагою такого способу є покращання переносу тепла у процесі. Таким чином, реакція сечовини може початися спонтанно, спричиняючи або додаткове підвищення температури (від приблизно 170°С до 183°С залежно від складу), або підвищення тиску потоку, або підвищення завантаження установки. Можна також досягти поєднання цих переваг. Відомим недоліком використання зануреного конденсатора є те, що перепад тиску вздовж конденсатора, який спричиняється процесом, є більшим, ніж тоді, коли використовують конденсатор з падаючою плівкою. Газова суміш, яка піддається зануреній конденсації, піддається перепаду тиску, який принаймні дорівнює висоті рідинної колонки, через яку газ барботує. Це звичайно означає перепад тиску у 10-15 метровій рідинній колонці. Однак, рушійна сила у контурі синтезу існуючої установки, тобто, контурі, що з'єднує обладнання високого тиску і утворений поєднанням десорберконденсатор-реактор-десорбер, відповідає тільки 8-10-метровій рідинній колонці. Оскільки перепад тиску газу у конденсаторі більший, ніж рушійна сила у контурі синтезу, то газова фаза, що ви ходить із конденсатора, не може більше брати участь у головній циркуляції. У [патенті ЕР-А-1036787] цю проблему вирішують шля хом проходження газу від конденсатора до скруббера з високим тиском. У скруббері з високим тиском компоненти, що можуть конденсуватись, які проходять від конденсатора до скруббера з високим тиском, абсорбуються у потоці карбамату, що надходить із зони відновлення сечовини. Однак, це означає, що необхідна подальша конденсація у зануреному холодильнику, тому що інакше скруббер з високим тиском був би перевантажений. Досвід показує, що для газів із конденса 6 тора, які також містять інертні гази, допустимий вміст менший, ніж 5-10% газів, які не конденсуються. В результаті переваги, описані у [патенті ЕР-А1036787], значною мірою втрачаються, якщо використовують існуючий скруббер. Об'єктом даного винаходу є забезпечення покращаного способу приготування сечовини і установки для приготування сечовини із застосуванням зануреного конденсатора, який працює як такий, в якому проблема відносно великого перепаду тиску вздовж конденсатора повністю усунена або усунена у значній мірі. Відповідно до винаходу, тепер несподівано встановили, що згадану вище проблему можна усун ути шля хом піддання газового потоку, який надходить від верхньої частини зануреного конденсатора, який працює, як такий, додатковій стадії промивання перед тим, як газовий потік проходить до скруббера високого тиску. Термін "занурений конденсатор, який працює як такий", як використано у цьому описі, охоплює всі типи занурених конденсаторів, як горизонтальної, так і вертикальної конструкції, і конденсатори з падаючою плівкою, трансформовані у занурені конденсатори, наприклад, типу, описаного у [ЕР-А1036787]. Зазначена додаткова стадія промивання зручно діє у др угому скруббері, переважно розміщеному між вихідним отвором для газу зануреного конденсатора, який діє як такий, і скруббером високого тиску, на який далі посилаються також як на перший скруббер. Як промивну рідину у згаданій додатковій стадії промивання можна використати свіжий розчин аміаку і/або розчин карбамату, що витікає із скруббера високого тиску, до зануреного конденсатора, що діє як такий. Однак, краще здійснювати стадію промивання, використовуючи обидві зазначені промивні рідини. Зокрема, краще промивати газ спочатку розчином карбамату, а потім аміаком. Ці стадії промивання можна здійснити з газом як безперервною фазою, наприклад, в ущільненому шарі, структурованій насадці або колонці з сітчастими тарілками. Можна також використовувати рідину як безперервну фазу, як це практикують, наприклад, у барботажному скруббері. Згадану стадію промивання можна фізично розміщувати всередині або зовні від існуючого конденсатора. Далі, цей спосіб зручний, зокрема, для удосконалення і оптимізації існуючих установок для приготування сечовини, які мають у своєму складі занурений конденсатор, який діє як такий, шляхом піддання газового потоку, що надходить від верхньої частини зануреного конденсатора, додатковій стадії промивання перед тим, як він проходить до скреббера з високим тиском. Таким шляхом можна уникнути перевантаження першого скруббера, і одержати більш ефективний спосіб. В існуючій установці, яка має бути реконструйована, скруббер повинен мати менше виділення газів, так що кінцеве промивання буде дешевшим і/або забруднення навколишнього середовища має зменшитись. Крім того, в установках, реконструйованих за винаходом, потужність установки в цілому має 7 79596 зрости, тому що (перший) скруббер не є принципово обмежуючим фактором. Далі винахід стосується способу удосконалення і/або оптимізації установки для виробництва сечовини, ця установка для виробництва сечовини по суті має у своєму складі реактор для синтезу, конденсатор, скруббер і десорбер, де вихідний отвір десорбера, через який газова суміш вивантажується під час операції, функціонально з'єднаний з вхідним отвором конденсатора і з вхідним отвором реактора, і де вихідний отвір конденсатора функціонально приєднаний до вхідного отвору скруббера і де одержана реакційна суміш десорбується у протипотоку одним із початкових матеріалів, де газовий потік, що надходить із верхньої частини зануреного конденсатора, піддається додатковій стадії промивання перед тим, як цей газовий потік подається до скруббера. Винахід стосується також установки для виробництва сечовини, яка має у своєму складі зону високого тиску, яка по суті складається із реактора для синтезу, зануреного конденсатора, що діє як такий, першого скруббера і десорбера, де вихідний отвір конденсатора функціонально приєднаний до вхідного отвору першого скруббера, де між згаданим вихідним отвором конденсатора і згаданим вхідним отвором першого скруббера розміщений другий скруббер, де здійснюють додаткову стадію промивання газового потоку, що надходить від конденсатора. Занурений конденсатор, що діє як такий, переважно є зануреним конденсатором горизонтальної або вертикальної конструкції, або конденсатором з високим тиском типу падаючої плівки для карбамату, трансформованим у занурений конденсатор. Принципи винаходу, описані вище, можна застосувати у всі х безперервних способах десорбції сечовини. Очевидно, що можливі модифікації і адаптації; такі модифікації і адаптації перебувають у межах знань середніх експертів у цій галузі. Прикладами способів десорбції сечовини, в яких даний винахід може бути втілений на практиці, є спосіб десорбції СО2 Stamicarbon®, спосіб десорбції аміаком, спосіб само-десорбції, спосіб ACES (покращений спосіб збереження коштів та енергії), спосіб IDR (ізобарне подвійне рециклювання). Тепер шляхом прикладу винахід буде пояснено у додаткових деталях, без обмеження сфери дії винаходу будь-яким чином, з посиланням на такі фігури. Фіг.1 є схематичне подання частини установки для виробництва сечовини відповідно до сучасного рівня техніки у цій галузі, наприклад, як описано в [патенті ЕР-А-1036787]. Фіг.2 є схематичне подання частини установки для виробництва сечовини за даним винаходом. На Фіг.1 R означає реактор, по суті такий, як описано в [ЕР-А-1036787], в якому двуокис вугле 8 цю і аміак перетворюють у сечовину. Розчин синтезу сечовини (USS), що надходить із реактора, спрямовують до абсорбера СО2 (S), в якому USS перетворюється у газовий потік (SG) і потік рідини (SUSS) шляхом десорбції LJSS двуокисом вуглецю СО2. Газовий потік ((SG), що надходить від десорбера СО2, по суті складається із аміаку і двуокису вуглецю, які частково повертаються до реактора (R) і частково до конденсатора (С). Потік, який містить десорбований розчин синтезу сечовини (SUSS), проходить для відновлення сечовини (UR), де сечовину (U) вивільняють, і вода (W) виділяється (U та W не показані). В UR одержують потік карбамату амонію низького тиску (LPC), який рециклізують до скруббера високого тиску (SCR). У цьому (першому) скруббері LPC взаємодіє з газовим потоком (RG), що надходить із реактора, цей потік по суті складається із аміаку і двуокису вуглецю, але додатково містить інертні (не здатні конденсуватись) компоненти, присутні у сировинному двуокисі вуглецю і сировинному аміаку. Збагачений потік карбамату (ЕС), що надходить із SCR, не обов'язково може бути поєднаний з потоком, який надходить із реактора і проходить через ежектор, що подає аміак, до конденсатора карбамату з високим тиском (С), де потік SG із десорбера конденсують за допомогою EC. Одержаний в результаті потік карбамату під високим тиском (НРС) повертається до реактора і газовий потік (CG), що надходить із конденсатора, у цьому випадку поєднаний з газовим потоком із реактора (RG), надходить до скруббера з високим тиском. У цьому випадку свіжий аміак подають до конденсатора карбамату з високим тиском (С) через ежектор, але, звичайно, він може подаватись денебудь у іншому місці контура R®S®C®R або в контур R®SCR®C®R. На Фіг.2 показано удосконалення існуючого рівня техніки згідно з винаходом, де у тр убопровід від вихідного отвору газу конденсатора (CG) до скруббера високого тиску (SCR1), в якому здійснюють додаткове промивання, уведений другий скруббер (SCR2). Як показано у даному прикладі, додаткову стадію промивання здійснюють свіжим аміаком і розчином карбамату (ЕС1), що надходить із конденсатора карбамату з високим тиском (SCR1). Потік карбамату (ЕС2), що надходить із другого скруббера (SCR2), подають до конденсатора (С) через ежектор, який подає аміак, і газовий потік RCG у цьому випадку поєднують з газовим потоком із реактора (RG) і спрямовують у скруббер карбамату з високим тиском (SCR1). Очевидно, що можливий ряд варіантів і модифікацій даного винаходу і описаного втілення, які перебувають у межах галузі техніки на основі даного опису. Згадані варіанти перебувають у межах даного винаходу і визначені наступною формулою винаходу. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 79596 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601