Спосіб виробництва сечовини з аміаку та діоксиду вуглецю

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб виробництва сечовини із аміаку та діоксиду вуглецю на заводі із виробництва сечовини, який здійснюють у секції синтезу при високому тиску, яка містить принаймні одну секцію реактора, стрипер і конденсатор, причому все обладнання високого тиску розміщують в низькому положенні, який відрізняється тим, що спосіб здійснюють у секції високого тиску, висота якої становить менше ніж 35 м від рівня землі, і принаймні одна із секцій реактора містить засіб, в якому окремо розподіляють аміак в об'ємі секції реактора.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що висота секції синтезу при високому тиску становить менше ніж 30 м від рівня землі.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що засіб, в якому окремо розподіляють аміак, є розприскувачем.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що потік синтезованого розчину від секції реактора до стрипера, потік змішаного газового потоку від стрипера до конденсатора і конденсату від конденсатора до секції реактора є гравітаційним потоком.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стрипер і секцію реактора розміщують на рівні землі.

6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що секція реактора, яка містить засіб, в якому окремо розподіляють аміак, є зануреним конденсатором.

7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що секція реактора є горизонтально розміщеною комбінацією зануреного конденсатора і секції реактора, причому засіб, в якому окремо розподіляють аміак, розміщують у секції конденсації.

8. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що занурений конденсатор розміщують горизонтально.

9. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що засіб для окремого розподілення аміаку розміщений у секції конденсації і простягається в секцію реакції.

10. Спосіб за будь-яким із пп. 1-9, який відрізняється тим, що принаймні частина секцій реактора і секцій очищення виготовлені з аустенітно-феритної подвійної сталі із вмістом хрому від 26 до 35 масових % і вмістом нікелю від 3 до 10 масових %.

Текст

Реферат: Спосіб виробництва сечовини з аміаку і діоксиду вуглецю на заводі із виробництва сечовини, який здійснюють у секції синтезу при високому тиску, яка містить принаймні одну секцію реактора, стрипер і конденсатор, причому все обладнання високого тиску розміщують у низькому положенні, причому висота секції високого тиску становить менше ніж 35 м від рівня землі, і принаймні одна із секцій реактора містить засіб, в якому окремо розподіляють аміак в об'ємі секції реактора. UA 100560 C2 (12) UA 100560 C2 UA 100560 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується способу виробництва сечовини з аміаку та двоокису вуглецю на заводі із виробництва сечовини, який містить секцію синтезу під високим тиском, яка має у своєму складі принаймні одну секцію реактора, стрипер та конденсатор, причому все обладнання високого тиску розміщене у низькому положенні. Способи очищення для виробництва сечовини, в яких все обладнання високого тиску розміщене на рівні землі, відомі з рівня техніки. Приклад такого способу описаний у GB1188051. У цій патентній публікації описано, що такий спосіб можна одержати шляхом використання ежектора в головному потоці повторного циклу у частині обладнання високого тиску. У способі, описаному відповідно до GB-1188051, процес зі всім обладнанням, розміщеним на рівні землі, може бути здійснений шляхом використання ежектора, яким рухає аміак, для транспортування потоку карбамату від конденсатора до реактора. Недоліком використання ежектора в потоці головного повторного циклу є те, що весь аміак необхідний як рушійне текуче середовище в ежекторі, і таким чином не може подаватись в інших місцях в секції синтезу при високому тиску. Крім того, при розвантаженні ежектора завжди одержують поєднаний потік аміаку та карбамату. Через причини, зазначені вище, спосіб виробництва сечовини не гнучкий і неможлива легка адаптація до умов процесу. Іншим недоліком використання ежектора є збільшення споживання енергії. Аміак, який використовується як рушійний агент в ежекторі, має поставлявсь до вхідного отвору ежектора призначеного для рушійної рідини, при тиску., значно вищому, ніж тиск головного синтезу. Це означає, що споживання енергії насосом, який використовують для подавання аміаку до секції синтезу сечовина, має значно збільшуватись. Метою даного винаходу є подолання цих недоліків. Винахід відрізняється тим, що висота секції високого тиску становить менше ніж 35 м від рівня землі, і принаймні одна із секцій реактора містить засіб для роздільного розподілення аміаку по об'єму секції реактора. Переважно висота секції високого тиску становить менше ніж 30 м від рівня землі. Це дає перевагу, яка полягає в тому, що можна одержати краще розподілення аміаку в секції реактора, і тому можлива краща конверсія його до сечовини в секції реактора, В результаті можна одержати ту ж саму кількість конверсії в меншій секції реактора, так що є достатньою секція реактора з меншим об'ємом. Менше обладнання дешевше, і тому спосіб виробництва сечовини може бути створений більш економічно ефективно. Альтернативно, перевагу кращого розподілення аміаку в секції реактора можна використати, щоб одержати кращу конверсію в тому ж самому об'ємі. В такому випадку кількість неконвертованого карбамату зменшується, так що енергія, використана обладнанням, включена до повторного циклу цього неконвертованого матеріалу, зменшується. Можливе також поєднання цих двох переваг, що призводить до зменшення вартості, а також до зменшення споживання енергії. Відповідно до винаходу аміак оптимально розподіляють у принаймні одній секції реактора секції синтезу при високому тиску. Оптимально в цьому контексті означає, що аміак подають в множинній локалізації в об'ємі принаймні однієї секції реактора у способі виробництва сечовини. Таке розподілення аміаку на практиці можна забезпечити різними шляхами. Дуже дорогим ефективним шляхом досягнення цього є так зване розбризкування, яке полягає в тому, що використовують одну або більше трубок чи секцію трубок, які містять отвори вздовж цих трубок для витікання аміаку. Шляхом вибору діаметра і розміщення цих отворів для витікання розподілення аміаку по об'єму секції реактора можна оптимізувати або у напрямі мінімального об'єму, або у напрямі максимальної конверсії, або у напрямі поєднання мінімального об'єму та максимальної конверсії. У способі відповідно до винаходу переважно потік синтезованого розчину сечовини від секції реактора до стрипера, потік змішаного газового потоку від стрипера до конденсатора та конденсату від конденсатора до секції реактора є гравітаційним потоком. Це означає, що жодного ежектора, компресора або насосу не присутні для підвищення тиску рідини в головному потоці повторного циклу в секції високого тиску. З цієї причини весь аміак, який надійшов до секції синтезу при високому тиску, використовується для цільового розподілення через розприскувач до секції реактора. Спосіб виробництва сечовини містить секцію синтезу при високому тиску та одну або більше секцій відновлення при низькому тиску. Секція високого тиску містить секцію реактора, в якій готують розчин синтезованої сечовини, стрипер, в якому розчин синтезованої сечовини очищують, і конденсатор, в якому конденсуються гази, що виділяються в зоні очищення. 1 UA 100560 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Синтез можна здійснювати у більш, ніж одній секції реактора. При цьому секцію реактора у цьому описі визначають як секцію, в якій утворюється принаймні 20 вагових % від загальної кількості сечовини в секції синтезу. Секції реактора можна розміщувати у послідовному порядку або паралельно, і можуть бути два окремих резервуара або дві секції реактора, розміщені в одному резервуарі. Секція реактора також може бути поєднана із секцією конденсатора в одному резервуарі. Якщо конденсатор є зануреним конденсатором і час перебування в секції конденсатора є досить тривалим, то більш ніж 20 вагових % загальної кількості сечовини утворюється в конденсаторі, і він таким чином функціонує як секція реактора. Аміак і двоокис вуглецю подають до секції реактора або безпосередньо, або опосередковано. Аміак і двоокис вуглецю можна уводити до процесу виробництва сечовини в різних місцях у секції синтезу при високому тиску або в секції відновлення. Переважно двоокис вуглецю використовують головним чином як газовий потік, що тече у протилежному напрямі під час очищення розчину синтезованої сечовини. Частину двоокису вуглецю можна подавати до секції реактора. Переважно аміак подають до конденсатора. У стрипері розчин синтезованої сечовини очищують потоком двоокису вуглецю, що рухається в протилежному напрямі, з подаванням тепла. Можна також використовувати термічне очищення. Термічне очищення означає, що карбамат амонію в розчині синтезованої сечовини розкладається, і присутній двоокис вуглецю видаляється із розчину сечовини виключно за допомогою подавання тепла. Очищення можна також здійснити у дві або більше стадій. Газовий потік, що містить аміак і двоокис вуглецю, виділений із стрипера, надсилають до конденсатора високого тиску. Газова суміш, одержана в стрипері, конденсується при видаленні тепла і абсорбується в конденсаторі високого тиску, внаслідок чого одержаний карбамат амонію переноситься до секції реактора для утворення сечовини. Конденсатором високого тиску може бути, наприклад, конденсатор зі спадною плівкою або так званий занурений конденсатор, як описано в NL-A-8400839. Занурений конденсатор може бути розміщений горизонтально чи вертикально. Відповідно до винаходу можливі декілька комбінацій секцій конденсатора та секцій реакції: комбінація секції конденсатора із секцією реакції у так званому зануреному конденсаторі або конденсаторному баці. Занурений конденсатор або конденсаторний бак розміщують переважно горизонтально; комбінація конденсатора із секцією реактора в єдиному резервуарі, який називають реакторним баком. У випадку, коли застосовують таку комбінацію конденсатора із секцією реактора, важливо, зокрема, одержати оптимальне розподілення рідкого аміаку в конденсаторі, використовуючи засіб для розподілення аміаку, оскільки склад вмісту конденсатора значно змінюється вздовж шляху конденсації, тому що утворення сечовини відбувається разом із конденсацією змішаного газу, що надходить від стрипера. Це утворення сечовини, а отже й води, вздовж шляху конденсації спричиняє зміну оптимального співвідношення NH3/CO2 вздовж шляху конденсації. Оптимальне співвідношення у цьому описі визначають як співвідношення, що є результатом найбільш високої можливої температури, необхідної для підвищення швидкості реакції, а також мінімізації наявної різниці температур в теплообміннику. Таким чином оптимізація співвідношення NH3/CO2 вздовж шляху конденсації зменшує необхідну площу для переносу тепла, а також зменшує необхідний об'єм конденсації для реакції дегідратації карбамату амонію. Якщо конденсатор є зануреним конденсатором і час перебування в секції конденсатора є досить тривалим, то більше ніж 20 вагових % загальної кількості сечовини утворюється в конденсаторі і він, таким чином, функціонує як секція реактора. Таким чином, переважно секція реактора, яка містить засіб для розподілення аміаку, є зануреним конденсатором, тобто переважно розміщена горизонтально. У випадках, коли конденсатор і перша та друга частини секції реактора поєднані в одному резервуарі, може бути кращим простягнути засіб для розподілення аміаку в секцію реакції. Таким шляхом також можна оптимізувати в секції реактора співвідношення NH3/CO2 вздовж шляху реакції, причому одержують вищу температуру і внаслідок цього одержують менший реакційний об'єм у секції реактора. Переважно секція реактора відповідно до винаходу є горизонтально розміщеною комбінацією зануреного конденсатора і секції реактора, причому засіб для розподілення аміаку розміщують у секції конденсатора і простягають, більш переважно, до секції реактора. 2 UA 100560 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У секції синтезу при високому тиску тиск по суті дорівнює тиску синтезованої сечовини в секції реактора, який є тиском, при якому утворюється сечовина. Тиск синтезу сечовини зазвичай становить 11-40 МПа, переважно 12,5-19 МПа. Тиск у решті секції високого тиску по суті дорівнює тиску в секції реактора. По суті дорівнює означає, що тиск в решті секції високого тиску є меншим, ніж на 0,5 МПа вищий або нижчий, ніж в секції реактора. У кращому втіленні даного винаходу стрипер, а також друга секція реактора розміщені на заводі на рівні землі. Таким чином, дві важкі частини обладнання розміщені на дуже низькому підвищенні на заводі, наслідком цього є значне зменшення необхідного вкладення коштів у конструкцію, яка має нести ці важкі частини обладнання. Крім того, низьке розміщення цих частин обладнання спрощує експлуатацію і технічне обслуговування, які є необхідними на цих частинах обладнання. Також, з точки зору безпеки, низьке підвищення важких частин обладнання є кращим, оскільки це мінімізує діяльність людей, які перебувають на високому рівні, і оптимізує безпеку під час будівництва та роботи заводу. До процесу виробництва сечовини додають окислювальний агент, щоб захистити матеріали конструкції від корозії. На металевих деталях утворюється плівка окислу, яка захищає від корозії. Цей процес відомий як пасивування. Пасивувальним агентом може бути кисень або сполука, що виділяє кисень, як описано, наприклад, у US-A-2.727.069. Кисень можна додавати, наприклад, у формі повітря або пероксиду. Чутливі до корозії деталі у секції високого тиску в способі виробництва сечовини можуть бути виготовлені із аустенітно-феритної подвійної сталі із вмістом хрому, що становить від 26 до 35 вагових %, і вмістом нікелю, що становить від 3 до 10 %. Цей тип сталі є менш чутливим до корозії. Якщо цей тип сталі використаний для будівництва секції реактора і стрипера, то можна зменшити або уникнути уведення окислювального агента до процесу виробництва сечовини. Переважно вміст хрому в аустенітно-феритній подвійній сталі становить 26-30 вагових %. У секції високого тиску секція реактора і стрипер переважно виготовлені із аустенітно-феритної подвійної сталі. У секції відновлення аміак і двоокис вуглецю, які не були видалені з розчину синтезованої сечовини в стрипері, відновлюються з потоку, що містить сечовину, вироблену в секції синтезу при високому тиску, щоб їх можна було повертати на повторний цикл до секції високого тиску. В секції відновлення тиск менший, ніж в секції синтезу при високому тиску. В способі виробництва сечовини відповідно до даного винаходу присутня принаймні одна секція відновлення при низькому тиску. Якщо присутні більше, ніж одна секція відновлення, то принаймні одна із секцій відновлення діє при середньому тиску, а одна при низькому тиску. Середній тиск становить від 1,0 до 8,0 МПа, переважно від 1,2 до 3,0 МПа. Низький тиск становить від 0,2 до 0,8 МПа, переважно від 0,3 до 0,5 МПа. Газ синтезу, що не прореагував у секції реактора, можна видалити із секції реактора та надіслати до скрубера, причому аміак і двоокис вуглецю в газовому потоці видаляються із газового потоку шляхом абсорбції в потік карбамату низького тиску. Цей потік карбамату повернений на повторний цикл із секції відновлення при низькому тиску способу виробництва сечовини. Скрубер може працювати при високому тиску або при середньому тиску. Переважно застосовують скрубер середнього тиску, тому що апарати середнього тиску дешевше будувати. Процес очищення в скрубері можна стимулювати шляхом використання теплообмінника, який відбирає тепло з процесу. Потік карбамату із скрубера середнього або високого тиску можна повернути до секції реактора не обов'язково через конденсатор карбамату високого тиску. Далі винахід буде пояснений більш детально у прикладах без обмеження ними. Приклад 1 Приклад способу відповідно до винаходу поданий на Фігурі 1- Частина способу виробництва сечовини при високому тиску відповідно до фігури 1 містить секцію реактора (R), стрипер СО2 (S) і секцію занурений конденсатор/секція реактора (С), розміщену горизонтально. Далі спосіб містить абсорбер середнього тиску (МА) і секцію відновлення при низькому тиску, де потік сечовини (U) додатково очищують. До секції реактора (R) подали невелику кількість двоокису вуглецю. У секції реактора утворився розчин синтезованої сечовини (USS), який надіслали до стрипера (S) та очистили шляхом додавання тепла і за допомогою двоокису вуглецю як очищувального газу. Під час очищення одержали змішаний газовий потік (SG), який разом з газами реакції (RG), що надійшли від верхньої частини секції реактора (R), подали через розприскувач до секції конденсатор/реактор. До секції конденсатор/реактор також подали через окремий розприскувач потік карбамату (МС), що надійшов від абсорбера середнього тиску (МА). Також до секції конденсатор/реактор 3 UA 100560 C2 5 10 (С) подали свіжий аміак через окремий розприскувач. Розприскувач для розподілення аміаку та розприскувач для розподілення змішаного газу (SG) розмістили у секції конденсатора, але вони також простягнулись до сектору реактора занурений конденсатор/реактор (С). Утворений розчин сечовини (CS) надіслали до секції реактора (R), а гази, що не конденсувались (CG), надіслали до абсорбера середнього тиску (МА). В абсорбері середнього тиску гази абсорбувались в потік карбамату низького тиску (LC) і конденсувались, утворивши потік карбамату (МС). Гази, що не абсорбувались (MG), надіслали до секції відновлення при низькому тиску. Потоки від USS, SG та CS були повністю гравітаційними потоками. Жодного насосу або ежектора не було використано для руху рідини або газу. Реактор (R) та стрипер (S) були розміщені на рівні землі. Висота секції синтезу при високому тиску становила 26 м від рівня землі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 1. Спосіб виробництва сечовини із аміаку та діоксиду вуглецю на заводі із виробництва сечовини, який здійснюють у секції синтезу при високому тиску, яка містить принаймні одну секцію реактора, стрипер і конденсатор, причому все обладнання високого тиску розміщують в низькому положенні, який відрізняється тим, що спосіб здійснюють у секції високого тиску, висота якої становить менше ніж 35 м від рівня землі, і принаймні одна із секцій реактора містить засіб, в якому окремо розподіляють аміак в об'ємі секції реактора. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що висота секції синтезу при високому тиску становить менше ніж 30 м від рівня землі. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що засіб, в якому окремо розподіляють аміак, є розприскувачем. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що потік синтезованого розчину від секції реактора до стрипера, потік змішаного газового потоку від стрипера до конденсатора і конденсату від конденсатора до секції реактора є гравітаційним потоком. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стрипер і секцію реактора розміщують на рівні землі. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що секція реактора, яка містить засіб, в якому окремо розподіляють аміак, є зануреним конденсатором. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що секція реактора є горизонтально розміщеною комбінацією зануреного конденсатора і секції реактора, причому засіб, в якому окремо розподіляють аміак, розміщують у секції конденсації. 8. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що занурений конденсатор розміщують горизонтально. 9. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що засіб для окремого розподілення аміаку розміщений у секції конденсації і простягається в секцію реакції. 10. Спосіб за будь-яким із пп. 1-9, який відрізняється тим, що принаймні частина секцій реактора і секцій очищення виготовлені з аустенітно-феритної подвійної сталі із вмістом хрому від 26 до 35 масових % і вмістом нікелю від 3 до 10 масових %. 4 UA 100560 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Process for the production of urea from ammonia and carbon dioxide

Автори англійською

Gevers, lambertus Wilhelmus, Meessen, Jozef Hubert, Mennen, Johannes Henricus

Назва патенту російською

Способ производства мочевины из аммиака и диоксида углерода

Автори російською

Джеверс Ламбертус-Вильгемус, Мессен Джозеф Хьюберт, Меннен Йоханнес Генрикус

МПК / Мітки

МПК: C07C 273/04, C07C 273/00

Мітки: виробництва, діоксиду, вуглецю, сечовини, аміаку, спосіб

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-100560-sposib-virobnictva-sechovini-z-amiaku-ta-dioksidu-vuglecyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виробництва сечовини з аміаку та діоксиду вуглецю</a>

Подібні патенти