Спосіб та установка для одержання сечовини
Формула / Реферат
1. Спосіб одержання сечовини, який полягає в тому, що проводять реакцію між аміаком та діоксидом вуглецю в реакційному просторі з одержанням реакційної суміші, що містить сечовину, карбамат та вільний аміак у водному розчині, одержану реакційну суміш випарюють, використовуючи як випарний газ свіжий діоксид вуглецю, з одержанням першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, і потоку, який містить сечовину та залишок карбамату у водному розчині, потік, який містить сечовину та залишок карбамату у водному розчині, направляють у секцію виділення сечовини і у секції виділення сечовини залишок карбамату відокремлюють від сечовини з одержанням першого потоку карбамату у водному розчині, який відрізняється тим, що першу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, по суті повністю конденсують із одержанням другого потоку карбамату у водному розчині, другий потік карбамату у водному розчині повертають у реакційний простір, другу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, повертають у реакційний простір, щонайменше частину першого потоку карбамату у водному розчині, одержаного в секції виділення сечовини, піддають обробці, що полягає в частковому розкладанні карбамату з одержанням другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та потоку, який містить карбамат, що залишився, у водному розчині, і повертають другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реакційний простір, або повертають другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у першу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та по суті повністю конденсують ці потоки з одержанням другого потоку карбамату у водному розчині, або повертають другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у перший потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та їх першу частину по суті повністю конденсують із одержанням другого потоку карбамату у водному розчині, а другу частину повертають у реакційний простір.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше частину першого потоку карбамату у водному розчині обробляють із метою часткового розкладання карбамату при тиску, що по суті відповідає тиску в реакційному просторі.
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що потік, який містить карбамат, що залишився у водному розчині, одержаний у результаті часткового розкладання щонайменше частини першого потоку карбамату у водному розчині, подають у секцію виділення сечовини.
4. Установка (1) для одержання сечовини, яка має реактор (2) синтезу сечовини, призначений для проведення реакції між аміаком і діоксидом вуглецю з утворенням реакційної суміші, що містить сечовину, карбамат і вільний аміак у водному розчині, перший тепловий випарник (4), у якому як випарний газ використовують діоксид вуглецю та який призначений для утворення шляхом часткового розкладання карбамату і часткового виділення з реакційної суміші вільного аміаку у водному розчині, що міститься в ній, першого потоку, який містить аміак та діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та потоку, який містить сечовину та карбамат, що залишився, у водному розчині, та секцію виділення сечовини, призначену для відділення сечовини від потоку із першого випарника, який містить сечовину та карбамат, що залишився, у водному розчині, з одержанням першого потоку карбамату у водному розчині, яка відрізняється тим, що містить конденсатор (3) по суті для повної конденсації першої частини першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та одержання другого потоку карбамату у водному розчині; трубопровід (22, 24) для перекачування другого потоку карбамату у водному розчині назад у реактор (2) синтезу сечовини, трубопровід (14, 14b) для перекачування другої частини першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, назад у реактор (2) синтезу сечовини, другий випарник (5), призначений для утворення шляхом часткового розкладання щонайменше частини першого потоку карбамату у водному розчині другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та трубопровід (27) для перекачування другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реактор (2) синтезу сечовини, або трубопровід (27b) для перекачування другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у конденсатор (3), або трубопровід (27а) для перекачування першої частини другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у конденсатор (3), і другої частини другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реактор (2) синтезу сечовини.
5. Установка за п. 4, яка відрізняється тим, що конденсатор (3), призначений для повної конденсації першої частини першого потоку, що містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, виконаний у вигляді карбаматного конденсатора заглибного типу із затопленням рідкою фазою змійовиком.
6. Установка за п. 5, яка відрізняється тим, що містить трубопровід (9, 9b, 11, 24) для подачі першої частини свіжого рідкого аміаку в реактор (2) синтезу сечовини та трубопровід (9, 9а) для подачі другої частини свіжого рідкого аміаку в карбаматний конденсатор (3).
7. Установка за п. 5, яка відрізняється тим, що містить пристрій (25) для підігріву щонайменше частини першого потоку розчину карбамату, що подається в другий випарник (5), і пристрій (10) для підігріву першої частини свіжого рідкого аміаку, що подається в реактор (2) синтезу сечовини, і/або другої частини свіжого рідкого аміаку, що подається в карбаматний конденсатор (3).
8. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що трубопровід (9, 9b, 11, 24) для подачі першої частини свіжого рідкого аміаку в реактор (2) і трубопровід (11, 22, 24) для перекачування назад у реактор (2) другого потоку карбамату у водному розчині має ежектор (11), трубопровід (22) для подачі в ежектор (11) другого потоку карбамату у водному розчині, трубопровід (9, 9b) для подачі в ежектор (11) першої частини свіжого рідкого аміаку та трубопровід (24) для подачі з ежектора (11) у реактор (2) синтезу сечовини другого потоку карбамату у водному розчині разом з першою частиною свіжого рідкого аміаку.
9. Установка за п. 4, яка відрізняється тим, що другий випарник (5) виконаний у вигляді теплового випарника, у якому як випарний газ використовують діоксид вуглецю, при цьому установка має трубопровід (8) для подачі основної частини свіжого діоксиду вуглецю в перший випарник (4) і трубопровід (8а) для подачі іншої невеликої частини свіжого діоксиду вуглецю в другий випарник (5).
Текст
1. Спосіб одержання сечовини, який полягає в тому, що проводять реакцію між аміаком та діоксидом вуглецю в реакційному просторі з одержанням реакційної суміші, що містить сечовину, карбамат та вільний аміак у водному розчині, одержану реакційну суміш випарюють, використовуючи як випарний газ свіжий діоксид вуглецю, з одержанням першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, і потоку, який містить сечовину та залишок карбамату у водному розчині, потік, який містить сечовину та залишок карбамату у водному розчині, направляють у секцію виділення сечовини і у секції виділення сечовини залишок карбамату відокремлюють від сечовини з одержанням першого потоку карбамату у водному розчині, який відрізняє ться тим, що першу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, по суті повністю конденсують із одержанням другого потоку карбамату у водному розчині, другий потік карбамату у водному розчині повертають у реакційний простір, другу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, повертають у реакційний простір, щонайменше частину першого потоку карбамату у водному розчині, одержаного в секції виділення сечовини, піддають обробці, що полягає в частковому розкладанні карбамату з одержанням другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та потоку, який містить карбамат, що залишився, у водному розчині, і повертають другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реакційний простір, або повертають другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у першу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в 2 (19) 1 3 81430 одержання другого потоку карбамату у водному розчині; трубопровід (22, 24) для перекачування другого потоку карбамату у водному розчині назад у реактор (2) синтезу сечовини, трубопровід (14, 14b) для перекачування другої частини першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, назад у реактор (2) синтезу сечовини, другий випарник (5), призначений для утворення шляхом часткового розкладання щонайменше частини першого потоку карбамату у водному розчині другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та трубопровід (27) для перекачування другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реактор (2) синтезу сечовини, або трубопровід (27b) для перекачування другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у конденсатор (3), або трубопровід (27а) для перекачування першої частини другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у конденсатор (3), і другої частини другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реактор (2) синтезу сечовини. 5. Установка за п. 4, яка відрізняється тим, що конденсатор (3), призначений для повної конденсації першої частини першого потоку, що містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, виконаний у вигляді карбаматного конденсатора заглибного типу із затопленням рідкою фазою змійовиком. 6. Установка за п. 5, яка відрізняється тим, що містить трубопровід (9, 9b, 11, 24) для подачі першої частини свіжого рідкого аміаку в реактор (2) синтезу сечовини та трубопровід (9, 9а) для Даний винахід відноситься до способу одержання сечовини. Винахід відноситься, зокрема, до способу одержання сечовини, який полягає в тому, що проводять реакцію між аміаком і діоксидом вуглецю в реакційному просторі з одержанням реакційної суміші, що містить сечовину, карбамат та вільний аміак у водному розчині, одержану реакційну суміш випарюють, використовуючи як випарний газ свіжий діоксид вуглецю, з одержанням першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, і потоку, який містить сечовину та залишок карбамату у водному розчині, потік, який містить сечовину та залишок карбамату у водному розчині, направляють у секцію виділення сечовини та у секції виділення сечовини залишок карбамату відокремлюють від сечовини з одержанням першого потоку карбамату у водному розчині. Даний винахід відноситься також до установки для одержання сечовини описаним вище способом. У цей час сечовину звичайно одержують описаним вище способом на установці для 4 подачі другої частини свіжого рідкого аміаку в карбаматний конденсатор (3). 7. Установка за п. 5, яка відрізняється тим, що містить пристрій (25) для підігріву щонайменше частини першого потоку розчину карбамату, що подається в другий випарник (5), і пристрій (10) для підігріву першої частини свіжого рідкого аміаку, що подається в реактор (2) синтезу сечовини, і/або другої частини свіжого рідкого аміаку, що подається в карбаматний конденсатор (3). 8. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що трубопровід (9, 9b, 11, 24) для подачі першої частини свіжого рідкого аміаку в реактор (2) і трубопровід (11, 22, 24) для перекачування назад у реактор (2) другого потоку карбамату у водному розчині має ежектор (11), трубопровід (22) для подачі в ежектор (11) другого потоку карбамату у водному розчині, трубопровід (9, 9b) для подачі в ежектор (11) першої частини свіжого рідкого аміаку та трубопровід (24) для подачі з ежектора (11) у реактор (2) синтезу сечовини другого потоку карбамату у водному розчині разом з першою частиною свіжого рідкого аміаку. 9. Установка за п. 4, яка відрізняється тим, що другий випарник (5) виконаний у вигляді теплового випарника, у якому як випарний газ використовують діоксид вуглецю, при цьому установка має трубопровід (8) для подачі основної частини свіжого діоксиду вуглецю в перший випарник (4) і трубопровід (8а) для подачі іншої невеликої частини свіжого діоксиду вуглецю в другий випарник (5). одержання сечовини, в основі якого лежить так звана "технологія випарювання діоксидом вуглецю". Відмітною особливістю працюючої за цим принципом установки є наявність у ній по суті ізобаричного контуру синтезу, основними елементами якого є реактор синтезу або реакційний простір, апарат для випарювання (випарник) та карбаматний конденсатор. При одержанні сечовини методом випарювання розкладання основної кількості карбамату амонію, що не прореагував, та видалення з розчину надлишку аміаку відбувається в ізобаричному контурі синтезу при тиску, близькому до тиску в реакторі синтезу. Розкладання карбамату амонію та видалення з розчину надлишку аміаку відбувається у випарнику, що установлений за реактором синтезу. Виділити з рідкої реакційної суміші пари аміаку та діоксиду вуглецю можна тільки шляхом теплового випарювання, однак звичайно у випарник крім реакційної суміші, що містить 5 81430 сечовину, карбамат і вільний аміак у водному розчині, подають і випарний газ, як правило, діоксид вуглецю, використовуючи його і для розкладання карбамату амонію, і для видалення з розчину більшої частини діоксиду вуглецю та аміаку, що містяться в ньому. Потік газу, що ви ходить з випарника, в якому міститься в основному аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі (перший потік), звичайно подають у карбаматний конденсатор, що працює при тиску, що дорівнює тиску або близькому до тиску в реакторі синтезу. Потік, що виходить з випарника, звичайно по суті повністю конденсують із одержанням розчину карбамату амонію, що потім повертають назад у реактор синтезу. В описаній у [WO 00/00466] установці для одержання сечовини таким способом весь потік, що виходить з випарника, газоподібного аміаку та діоксиду вуглецю конденсують у карбаматному конденсаторі заглибного типу (із затопленим або заповненим рідиною пучком труб) і одержаний у конденсаторі водний розчин карбамату за допомогою ежектора, у якому як рушійну (робочу) рідину використовують рідкий аміак, повертають назад у реактор. Однак при одержанні сечовини таким способом значну частину свіжого діоксиду вуглецю доводиться прямо подавати в реактор для підтримування його теплового балансу. Очевидно, що при цьому істотно знижується ефективність випарювання та помітно збільшується вміст аміаку, що не прореагував, та діоксиду вуглецю в одержаному у випарнику й, такому, що підлягає подальшій обробці, розчину сечовини, що вимагає додаткових капіталовкладень і збільшує витрати, пов'язані з роботою розташованої за ізобаричним контуром синтезу секції виділення сечовини. В основу даного винаходу було покладено завдання розробити спосіб одержання сечовини, що мав би високий конверсійний вихід й у той же самий час був би простий у здійсненні та порівняно недорогим за капіталовкладенням, витратами на ремонт та поточне обслуговування. Відповідно до даного винаходу це завдання вирішується за допомогою способу зазначеного на початку опису типу, що відрізняється виконанням ряду додаткових технологічних операцій, які полягають у тому, що першу частин у першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, по суті повністю конденсують із одержанням другого потоку карбамату у водному розчині, другий потік карбамату у водному розчині повертають у реакційний простір, другу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, повертають у реакційний простір, щонайменше частину першого потоку карбамату у водному розчині, одержаного в секції виділення сечовини, піддають обробці, що полягає в частковому розкладанні карбамату, з одержанням другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, і потоку, який містить карбамат, що залишився, у водному розчині, і повертають другий потік, який містить 6 аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реакційний простір, або повертають другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у першу частину першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та по суті повністю конденсують ці потоки з одержанням другого потоку карбамату у водному розчині, або повертають другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у перший потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, і їх першу частину по суті повністю конденсують із одержанням другого потоку карбамату у водному розчині, а другу частину повертають у реакційний простір. Для одержання пари, що практично не містить води, і для її більш легкого повернення в реактор щонайменше частину першого потоку карбамату у водному розчині бажано обробляють із метою часткового розкладання карбамату при тиску, що по суті відповідає тиску в реакційному просторі. При здійсненні пропонованого у винаході способу, крім того, потік, який містить карбамат, що залишився, у водному розчині, одержаний у результаті часткового розкладання щонайменше частини першого потоку карбамату у водному розчині, подають у секцію виділення сечовини. У пропонованому у винаході способі краще, якщо щонайменше 60%, більш краще щонайменше 80%, першого потоку карбамату у водному розчині, що ви ходить із секції виділення сечовини, піддають обробці, що полягає в частковому розкладанні та відділенні аміаку, що не прореагував, та діоксиду вуглецю від багатого водою розчину, який містить карбамат, що залишився. Необхідний тепловий баланс у реакційному просторі в пропонованому у винаході способі підтримують шляхом подачі в реакційний простір частини першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі (а при необхідності й другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі або його частини). Для випарювання реакційної суміші з максимально можливою ефективністю в пропонованому у винаході способі як випарний газ використовують весь свіжий діоксид вуглецю, що подається на установку. Пропонований у винаході спосіб відрізняється високим конверсійним виходом у реакційному просторі, що досягають завдяки високій ефективності процесу випарювання реакційної суміші, та високим ступенем рекуперації речовин, що не прореагували, в ізобаричному контурі синтезу. Крім того, зменшення кількості речовин, що не прореагували, у потоці сечовини, що подається в секцію виділення сечовини, дозволяє зменшити навантаження на секцію виділення сечовини та за рахунок усунення цього "вузького" місця підвищити продуктивність всієї призначеної для одержання сечовини установки, знизити об'єм капіталовкладень і зменшити пов'язані з її 7 81430 експлуатацією витрати в порівнянні з відомими установками. Відповідно до іншого об'єкта даного винаходу, покладене в його основу завдання, що зазначене вище, вирішується за допомогою пропонованої в ньому установки, призначеної для здійснення описаного вище способу одержання сечовини. Ця установка має: - реактор синтезу сечовини, у якому в результаті реакції між аміаком і діоксидом вуглецю утворюється реакційна суміш, що містить сечовину, карбамат та вільний аміак у водному розчині, - перший тепловий випарник, у якому як випарний газ використовується діоксид вуглецю та у якому в результаті часткового розкладання карбамату й часткового виділення з реакційної суміші вільного аміаку у водному розчині, що міститься в ній, утворюється перший потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, і потік, який містить сечовину та карбамат, що залишився, у водному розчині, та - секцію виділення сечовини, у якій відбувається відділення сечовини від потоку, який містить сечовину та карбамат, що залишився, у водному розчині, що подається в неї з першого випарника, з одержанням першого потоку карбамату у водному розчині, і відрізняється наявністю - конденсатора по суті для повної конденсації першої частини першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, зодержанням другого потоку карбамату у водному розчині, - трубопроводу для перекачування другого потоку карбамату у водному розчині назад у реактор синтезу сечовини, - трубопроводу для перекачування другої частини першого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, назад у реактор синтезу сечовини, - другого випарника, у якому в результаті часткового розкладання щонайменше частини першого потоку карбамату у водному розчині утворюється другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, і - трубопроводу для перекачування другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реактор синтезу сечовини, або - трубопроводу для перекачування другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у конденсатор, або - трубопроводу для перекачування першої частини другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у конденсатор і трубопроводу для перекачування другої частини другого потоку, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, у реактор синтезу сечовини. Конденсатор по суті для повної конденсації одержаного в першому випарнику потоку пари та при необхідності другий випарник краще виконати у вигляді вертикального карбаматного конденсатора з "затопленим змійовиком", тобто у 8 вигляді апарата із заповненим (затопленим) рідкою фазою пучком труб, у якому (апараті) конденсація пароподібної фази відбувається при її пропусканні через рідку фазу. Виконаний у такий спосіб конденсатор має невеликі розміри та у результаті ефективного перемішування газоподібної та рідкої фази відрізняється високою ефективністю конденсації. В одному з варіантів здійснення даного винаходу пропонована в ньому установка має також трубопровід для подачі першої частини свіжого рідкого аміаку в реактор синтезу сечовини та тр убопровід для подачі другої частини свіжого рідкого аміаку в карбаматний конденсатор. Краще, щоб кількість рідкого аміаку, що направляється в реактор (перша частина), була більше кількості рідкого аміаку, що направляється в карбаматний конденсатор (друга частина). Подача другої частини аміаку в карбаматний конденсатор істотно прискорює весь процес конденсації пари, що попадає у конденсатор з випарника(-ів). Відповідно ще до одного варіанту здійснення даного винаходу, зазначена вище установка має також пристрій для підігріву щонайменше частини перового потоку водяного розчину карбамату, що подається в другий випарник, і пристрій для підігріву першої частини свіжого рідкого аміаку, що подається в реактор синтезу сечовини, і/або другої частини свіжого рідкого аміаку, що подається в карбаматний конденсатор. З метою економії енергії для зазначеного вище підігріву краще використовувати тепло, що виділяється в процесі конденсації (зокрема, у карбаматному конденсаторі). Відповідно до винаходу трубопровід для подачі першої частини свіжого рідкого аміаку в реактор і трубопровід для перекачування назад у реактор другого потоку карбамату у водному розчині пропонується виконати у вигляді ежектора, трубопроводу для подачі в ежектор другого потоку карбамату у водному розчині, трубопроводу для подачі в ежектор першої частини свіжого рідкого аміаку та трубопроводу для подачі з ежектора в реактор синтезу сечовини другого потоку карбамату у водному розчині разом з першою частиною свіжого рідкого аміаку. В ежекторі як робочу (рушійну) рідину краще використовува ти першу частину свіжого рідкого аміаку. У кращому варіанті як другий випарник використовується тепловий випарник, а на установці є тр убопровід для подачі всього свіжого діоксиду вуглецю в перший випарник або трубопровід для подачі основної частини свіжого діоксиду вуглецю в перший випарник і трубопровід для подачі іншої (невеликої) частини свіжого діоксиду вуглецю в др угий випарник. Відповідно ще до одного варіанту здійснення даного винаходу, др угий випарник працює в режимі теплового випарника з використанням як випарний газ діоксиду вуглецю, і в цьому варіанті установка має також трубопровід для подачі (невеликої) частини свіжого діоксиду вуглецю в другий випарник. 9 81430 Пропонований у винаході спосіб одержання сечовини можна здійснювати і на нових установках, і на відповідним чином модернізованих існуючи х установках. В останньому випадку пропонований у винаході спосіб дозволяє збільшити продуктивність установки та певним чином зменшити споживання енергії. Інші відмітні особливості та переваги даного винаходу більш докладно розглянуті на прикладі, що не обмежує обсяг винаходу, кращих варіантів його здійснення з посиланням на прикладене креслення. Стислий опис креслення На прикладеному до опису кресленні схематично показана ділянка установки для одержання сечовини пропонованим у винаході способом. Кращі варіанти здійснення винаходу Для пояснення сутності даного винаходу на кресленні, що його ілюструє, схематично показана тільки частина всієї установки для одержання сечовини, зокрема показана секція ізобаричного синтезу (контур ізобаричного синтезу), оскільки всі інші секції установки (такі як секція виділення сечовини) по суті не відносяться до даного винаходу. Слід зазначити також, що спеціальні посилання в описі на звичайні існуючі на установках для одержання сечовини, й відомі як такі трубопроводи, якими з'єднуються між собою окремі апарати описаної нижче установки, приводяться тільки у випадку особливої необхідності. На прикладеному до опису кресленні показана схема установки, що позначена позицією 1, для одержання сечовини пропонованим у винаході способом. Установка 1 та, зокрема, її контур ізобаричного синтезу, має реактор, або реакційний простір, 2 для синтезу сечовини, вертикальний конденсатор З заглибного типу із затопленим змійовиком, перший випарник 4, у якому для виділення із реакційні суміші, що надходить у нього з реактора 2, більшої частини карбамату, що не прореагував, та свіжого аміаку як випарний газ використовується діоксид вуглецю, і др угий випарник 5. Установка 1 має, крім того, промивний апарат 6, призначений для видалення пасивувальних реагентів, та інших речовин, що не беруть участь у реакції, і не показану на фіг. 1 секцію виділення одержаної сечовини. Конденсатор 3, перший випарник 4 і другий випарник 5 звичайно працюють при тому ж тиску, що й реактор 2. Тиск ізобаричного процесу, що протікає в показаному на фіг.1 ізобаричному контурі синтезу сечовини, звичайно складає від 140 до 160 бар. Реактор 2 звичайно працює при температурі від 180 до 200°С, при молярному співвідношенні між NH3 та СО2 від 2,5 до 4 і молярному співвідношенні між Н2О та СО2, що становить менш ніж 0,5, краще від 0,1 до 0,2. 10 Перший та другий випарнику 4, 5 звичайно працюють при температурі від 160 до 210°С, а конденсатор 3 - при температурі від 150 до 210°С. У виконаній по так званій "вертикальній схемі" секції синтезу установки 1, реактор 2 і конденсатор 3 розташовані над верхньою частиною і першого, і другого випарників 4, 5. Свіжий діоксид вуглецю по трубопроводу 8 надходить у перший випарник 4. У деяких випадках невелику частину свіжого діоксиду вуглецю по трубопроводу 8а (показаного на кресленні переривчастою лінією) подають у другий випарник 5. Позицією 9 на схемі позначений трубопровід, по якому на установку подають рідкий аміак. Після підігріву в теплообміннику 10 потік аміаку розділяється на дві частини, одну з яких подають по трубопроводу 9а у конденсатор 3, а іншу - по трубопроводу 9Ь через ежектор 11 у реактор 2. По трубопроводу 12 з реакційного простору 2 виходить потік рідкої реакційної суміші, що містить сечовину, карбамат і вільний аміак у водному розчині. Реакційна суміш, що ви ходить з реактора, подається у випарник 4, у якому вона піддається обробці, що полягає в частковому розкладанні карбамату та частковому виділенні з реакційної суміші вільного аміаку у водному розчині. Для роботи випарника 4 як випарний газ використовують свіжий діоксид вуглецю, що подають у випарник 4 по трубопроводу 8. У результаті обробки реакційної суміші у випарнику 4 одержують перший потік газу, що виходить з нього по трубопроводу 14, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, та потік рідини, що виходить з нього по трубопроводу 15, який містить сечовину і карбамат, що залишився, у водному розчині. Потік рідини, що виходить з випарника по трубопроводу 15, надходить у секцію виділення сечовини (на схемі не показана), у якій після виділення сечовини при середньому і/або низькому тиску одержують перший потік карбамату у водному розчині. Цей розчин, що виходить із секції виділення сечовини по трубопроводу 16, розділяється на дві частини, які по трубопроводах 16а та 16Ь подають відповідно в другий випарник 5 та у промивний апарат 6. Відповідно до даного винаходу перший потік газу, що протікає по трубопроводу 14, у якому міститься аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі, розділяють на дві частини, які із трубопроводу 14 попадають у тр убопроводи 14а та 14b. Другу частину потоку газу по трубопроводу 14а подають безпосередньо в реактор 2 для підтримування в ньому необхідного теплового балансу, а першу частину по трубопроводу 14b подають у конденсатор 3. У конденсаторі 3 аміак і діоксид вуглецю, що надходять в нього по трубопроводу 14Ь в пароподібній фазі вступають у контакт із потоком аміаку та карбамату у водному розчині, що надходить в нього по трубопроводу 19 із промивного апарата 6, та з потоком рідкого 11 81430 свіжого аміаку, що надходить у конденсатор по трубопроводу 9а. Потоки рідини, що надходять в конденсатор по трубопроводах 19 та 9а, виконують функції абсорбуючого середовища, що прискорює процес конденсації пароподібної фази. Потік аміаку, що повертається в конденсатор 3 із промивного апарата 6, та карбамату у водному розчині одержують у промивному апараті 6 у результаті конденсації аміаку, що надходить в нього по трубопроводу 17 з реактора 2, та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі та газоподібної фази, яка залишилася, та що надходить в нього по трубопроводу 18 з конденсатора 3. Для конденсації пари та газоподібної фази, що залишилася в конденсаторі, у промивному апараті використовують промивну рідину, що містить частину першого потоку карбамату у водному розчині, яку подають у промивний апарат 6 із секції виділення сечовини по трубопроводу 16b. У газоподібній фазі, що залишилася, яка відбирається з конденсатора 3 по трубопроводу 18, в основному містяться інертні речовини і/або пасивувальні агенти, разом з невеликою кількістю аміаку та діоксиду вуглецю, що не сконденсувалися, в пароподібній фазі. Із промивного апарата 6 пасивувальні агенти і/або інертні речовини, які попадають у контур синтезу високого тиску разом зі свіжим діоксидом вуглецю, відбирають під дією розрідження по трубопроводу 20. У результаті по суті повної конденсації пароподібної фази, яка надходить у конденсатор 3 по трубопроводу 14b, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю, у ньому утворюється рідка фаза, яка містить карбамат у водному розчині, що попадає з конденсатора в трубопровід 22 (і утворює другий потік карбамату у водному розчині). Під дією розрідження, що створюється в ежекторі 11 частиною свіжого аміаку, що надходить у нього по трубопроводу 9b, потік рідини із трубопроводу 22 всмоктується в ежектор, з якого він разом з аміаком по трубопроводу 24 попадає в реактор 2. Крім того, частину першого потоку карбамату у водному розчині, що надходить із секції виділення сечовини по трубопроводу 16а у другий випарник 5, бажано попередньо нагрівають у теплообміннику 25. Для нагрівання потоку карбамату у водному розчині в теплообміннику 25 використовують частину тепла, що виділяється в карбаматному конденсаторі 3. Відповідно до даного винаходу в другому випарнику 5 відбувається розкладання основної частини карбамату, що разом з вільним аміаком виділяється з розчину карбамату у вигляді пари аміаку та діоксиду вуглецю з дуже невеликим вмістом води (другий потік, який містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі), і пара, що утворилася в другому випарнику 5, по трубопроводу 27 у першому варіанті подається в реактор 2 для підтримування в ньому необхідного теплового балансу. Водний розчин, що виходить із другого випарника 5, у якому міститься карбамат, що 12 залишився, та вільний аміак, по трубопроводу 28 (потік, який містить карбамат, що залишився, у водному розчині) подається для наступної обробки назад у секцію виділення сечовини. Відповідно до іншого варіанта пропонована у винаході установка для одержання сечовини замість трубопроводу 27 має трубопровід 27а (показаний на кресленні переривчастою лінією), який з'єднує другий потік газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, з першим потоком газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі (трубопровід 14). Іншими словами, пропонована в цьому варіанті установка для одержання сечовини має трубопроводи (27а, 14а та 14b), по яких перша частина другого потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, повертається назад у конденсатор 3, а друга частина другого потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, повертається назад у реактор 2 синтезу сечовини. У третьому варіанті здійснення винаходу одержаний у другому випарнику 5 другий потік газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, подають по трубопроводу 27b (показаному на кресленні переривчастою лінією) і трубопроводу 14b у конденсатор 3 (виконана за цим варіантом установка для одержання сечовини не має трубопроводів 27а та 27). У пропонованій у винаході установці для одержання сечовини тепловий баланс реактора 2 підтримується за рахунок подачі в нього по трубопроводу 14а одержаного в першому випарнику 4 потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, і за певних умов по тр убопроводу 27 одержаного в другому випарнику 5 потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі. Перевагою виконаної в такий спосіб установки для одержання сечовини є принципова можливість подачі всього свіжого діоксиду вуглецю в перший випарник 4 та, як наслідок цього, підвищення його ефективності та продуктивності й відповідного зниження капіталовкладень і витрат, пов'язаних з обслуговуванням і роботою всієї установки та у першу чергу, самого випарника та секції виділення сечовини. У виконаній за такою схемою установці відпадає необхідність у тр убопроводі 8а. Максимально підвищити ефективність і продуктивність першого випарника 4 можна за рахунок подачі в нього (по трубопроводу 8) більшої частини (щонайменше 90%) усього свіжого діоксиду вуглецю при подачі іншого свіжого діоксиду вуглецю (по тр убопроводу 8а) у др угий випарник 5. На описаній вище установці можна одержувати сечовину пропонованим у винаході способом, при здійсненні якого з аміаку та діоксиду вуглецю в реакторі 2 одержують реакційну суміш, що містить сечовину, карбамат і вільний аміак у водному розчині. Одержаний у реакторі розчин подають у перший тепловий випарник 4, у який подають також (по трубопроводу 8) використовуваний як випарний 13 81430 газ діоксид вуглецю, і в результаті обробки у випарнику суміші, що утворюється, розчину та газу відбувається часткове розкладання карбамату та часткове виділення з реакційної суміші вільного аміаку, що міститься в ній, і утворення першого потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі (який відбирають із випарника по трубопроводу 14), і потоку, що складається із сечовини та карбамату, що залишився (який відбирають із випарника по трубопроводу 15). Потік, що складається із сечовини та карбамату, що залишився, у водному розчині, подають у секцію виділення сечовини (по трубопроводу 15). У секції виділення сечовини карбамат, що залишився, відокремлюють від сечовини з одержанням першого потоку карбамату у водному розчині (трубопровід 16). Першу частину першого потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, по трубопроводу 14b подають у конденсатор 3, у якому в результаті по суті повної конденсації пари одержують другий потік карбамату у водному розчині. Другий потік карбамату у водному розчині по трубопроводу 22 перекачують назад у реакційний простір 2. Другу частин у першого потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, по трубопроводу 14а повертають назад у реакційний простір 2. Крім того, щонайменше частину першого потоку карбамату у водному розчині, одержаного в секції виділення сечовини, перекачують по трубопроводу 16а у другий випарник 5, у якому в результаті часткового розкладання карбамату одержують другий потік газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, і потік, який містить карбамат, що залишився, у водному розчині. У першому варіанті другий потік газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, по трубопроводу 27 повертають назад у реакційний простір 2. У другому варіанті другий потік газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, по трубопроводу 27Ь подають у трубопровід, по якому проходить перша частина першого потоку газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, і разом з нею подають у конденсатор З, у якому в результаті по суті повної конденсації пари одержують другий потік карбамату у водному розчині. У третьому варіанті другий потік газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, по трубопроводу 27а подають у трубопровід, по якому проходить перший потік газу, що складається з аміаку та діоксиду вуглецю в пароподібній фазі, і першу частину потоку газу, що утворюється, подають по трубопроводу 14b у конденсатор 3, у якому в результаті по суті повної конденсації пари одержують другий потік карбамату у водному розчині, а другу частину по трубопроводу 14а повертають назад у реакційний простір 2. На установці, схема якої показана на прикладеному до опису кресленні, можна також одержувати сечовину способом, при здійсненні 14 якого першу частину свіжого рідкого аміаку по трубопроводу 9b подають прямо в реактор 2 синтезу сечовини, а другу частину по трубопроводу 9а подають у конденсатор 3. Крім того, на пропонованій у винаході установці для одержання сечовини можна додатково підігрівати щонайменше частину першого потоку карбамату у водному розчині, що подають у другий випарник, та підігрівати першу частину свіжого рідкого аміаку, що подається в реактор синтезу сечовини, і/або другу частину свіжого рідкого аміаку, що подається в конденсатор. Для зниження витрат, пов'язаних зі споживанням енергії, при виконанні описаних вище операцій підігріву доцільно використовувати тепло, що виділяється в конденсаторі. Винахід не виключає можливості внесення в розглянуті вище варіанти його здійснення різних змін і удосконалень, що не виходять за обсяг винаходу, обумовлений його формулою. Так, зокрема, для одержання сечовини пропонованим у винаході способом можна використовува ти два окремих конденсатори (не показаних на схемі), призначених відповідно по суті для повної конденсації першого та другого потоків газу, що містить аміак і діоксид вуглецю в пароподібній фазі.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюProcess and plant for the production of urea
Автори англійськоюZardi Federico
Назва патенту російськоюСпособ и установка для получения мочевины
Автори російськоюЗарди Федерико
МПК / Мітки
МПК: B01J 12/00, C07C 273/04
Мітки: одержання, установка, сечовини, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/7-81430-sposib-ta-ustanovka-dlya-oderzhannya-sechovini.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб та установка для одержання сечовини</a>
Попередній патент: Спосіб одержання високодисперсного технічного вуглецю та реактор для його здійснення
Наступний патент: Спосіб визначення об’єму досліджуваних ємностей та пристрій для здійснення способу
Випадковий патент: Спосіб визначення вартості електроенергії, що оплачується за диференціальним тарифом