Спосіб та установка для спільного одержання сечовини та меламіну

1. Спосіб спільного одержання сечовини та меламіну, який полягає в тому, що сечовину одержують на пристрої для одержання сечовини, виконаному за типом так званого СО2- або аміачного десорбера, який складений із секції високого тиску для синтезу сечовини при тиску 130-170 бар та містить принаймні один реактор синтезу сечовини, десорбер та карбаматний конденсатор, з'єднані у ізобаричний замкнутий контур, та секції виділення сечовини з водного розчину карбамату, а меламін одержують на пристрої для одержання меламіну, відхідні гази, які утворюють як побічні продукти при синтезі меламіну, відбирають із пристрою для одержання меламіну при тиску від 2 до 30 бар і повертають у секцію високого тиску для синтезу сечовини, який відрізняється тим, що відхідні гази, які відбирають із пристрою для одержання меламіну, подають у секцію конденсації відхідних газів, в якій тиск рівний тиску відхідних газів, водний розчин карбамату із секції виділення сечовини подають у секцію конденсації відхідних газів, відхідні гази в секції конденсації відхідних газів конденсують водним розчином карбамату з одержанням концентрованого водного розчину карбамату та одержаний концентрований водний розчин карбамату подають у секцію високого тиску для синтезу сечовини. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що водний розчин карбамату, який відбирають із секції виділення сечовини, подають безпосередньо в секцію конденсації відхідних газів. 2 (19) 1 3 87133 4 чну магістраль (31) для подачі одержаного концен8. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що трованого розчину карбамату у секцію (15) синтезу між секцією (17) конденсації відхідних газів та сексечовини високого тиску. цією (15) високого тиску для синтезу сечовини до7. Установка за п. 6, яка відрізняється тим, що датково розташована та з'єднана з ними друга між секцією (16) виділення сечовини та секцією секція (19) стиснення, призначена для стиснення (17) конденсації відхідних газів додатково розтаконцентрованого водного розчину карбамату, який шована та з'єднана з ними перша секція (18) стисвідібрано із секції (17) конденсації відхідних газів, нення, призначена для стиснення водного розчину до тиску, який відповідає робочому тиску в секції карбамату, який відібрано із секції (16) виділення (15) високого тиску для синтезу сечовини. сечовини, до тиску, який відповідає робочому тиску в секції (17) конденсації відхідних газів. Даний винахід стосується способу спільного одержання сечовини та меламіну. Винахід стосується, зокрема, способу спільного одержання сечовини та меламіну на установці, яка складається із секції високого тиску для синтезу сечовини та секції для виділення сечовини, з поверненням відхідних газів, які утворюються як побічні продукти при синтезі меламіну, у секцію високого тиску для синтезу сечовини. У наведеному нижче описі та у формулі винаходу під "секцією високого тиску для синтезу сечовини" мається на увазі секція, у якій робочий тиск становить мінімум 120 бар, звичайно від 130 до 260 бар. Більш конкретно даний винахід стосується способу спільного одержання сечовини та меламіну, при здійсненні якого тиск відхідних газів, які повертаються у секцію для синтезу сечовини, становить мінімум 2 бар, звичайно від 2 до 30 бар. У даному винаході пропонується також установка для спільного одержання сечовини та меламіну пропонованим у винаході способом. Відомо, що в даний час дуже відчувається потреба в розробці такого способу спільного (або одночасного) одержання сечовини та меламіну, при здійсненні якого відхідні гази, які утворюються при синтезі меламіну, можна було б ефективно використовувати для одержання сечовини. Для вирішення цієї проблеми був розроблений спосіб спільного одержання сечовини та меламіну, при здійсненні якого меламін одержують на установці, що називається установкою для одержання меламіну, використовуючи як вихідні матеріали (реагенти) аміак (NH3) та сечовину, яку одержують на установці, що називається установкою для одержання сечовини, у якій як вихідні матеріали (реагенти) використовують відхідні гази, які подаються в неї з установки для одержання меламіну, та які, по суті, складаються з NH3 та СО2. При одержанні сечовини та меламіну таким способом відхідні гази, які відбираються із установки для одержання меламіну при тиску від 2 до 30 бар, до їх подачі в установку для одержання сечовини попередньо обробляють. Відхідні гази, зокрема, конденсують при тиску, рівному або меншому тиску, при якому їх відбирають із установки для одержання меламіну, слабким водним розчином аміаку (концентрація аміаку в розчині становить від 0 до 15 мас.%). Одержаний у такий спосіб рідкий розчин відхідних газів подають у секцію обробки відпрацьованої води, яка входить до складу установки для одержання сечовини, яка звичайно працює при тиску близько 2-5 бар та в якій з водного розчину виділяють NH3 та СО2, які через секцію низького тиску для виділення сечовини, яка входить до складу установки для одержання сечовини, повертають у секцію високого тиску для синтезу сечовини. При здійсненні іншого відомого способу згаданий вище рідкий розчин відхідних газів стискають до визначеного тиску та відразу ж повертають у секцію високого тиску для синтезу сечовини. Ці способи, які дозволяють вирішити у певній мірі зазначені вище проблеми та задовольнити деякою мірою існуючу в даний час потребу в ефективному використанні для одержання сечовини відхідних газів, які відбираються із установки для одержання меламіну, не позбавлені і досить серйозних недоліків. У першому випадку для виділення NH3 та СО2 з рідкого розчину відхідних газів у секції обробки відпрацьованої води необхідно затрачати велику кількість енергії. Крім того, через те, що тиск у цій секції звичайно набагато нижче тиску відхідних газів, які відбирають із установки для одержання меламіну, відхідні гази до конденсації та повернення в секцію обробки відпрацьованої води, яка входить до складу установки для одержання сечовини, вимагають певного розширення, яке, як очевидно, пов'язане із втратами тиску та відповідними втратами енергії. У другому випадку крім цього разом з рідким розчином відхідних газів у секцію високого тиску для синтезу сечовини попадає досить велика кількість води. Оскільки вода є побічним продуктом синтезу сечовини, її присутність у вихідних реагентах негативно позначається на перетворенні СО2 у сечовину. Вода, яка міститься в розчині відхідних газів, знижує вихід реакції при перетворенні вихідних реагентів у сечовину та збільшує витрати енергії, яка необхідна для виділення сечовини з її розчину, що відбирається із секції її синтезу, і для повернення реагентів, які не вступили в реакцію, назад у секцію її синтезу. В основу даного винаходу була покладена задача розробити спосіб спільного одержання сечовини та меламіну, функціональні особливості якого дозволяли б усунути зазначені вище недоліки, властиві рівню техніки, та який дозволяв би одержувати сечовину з більш високим виходом при більш низькому споживанні енергії. Ця задача вирішується відповідно до винаходу за допомогою пропонованого в ньому способу спільного одержання сечовини та меламіну, який 5 87133 6 полягає в тому, що сечовину одержують на устаду, варіанта його здійснення з посиланнями на новці для одержання сечовини, яка складається із прикладені до опису креслення. секції високого тиску для синтезу сечовини та секСтислий опис креслень ції для виділення сечовини з водного розчину карНа Фіг.1 показана схема установки для спільбамату, а меламін одержують на установці для ного одержання сечовини та меламіну пропоноваодержання меламіну, відхідні гази, які утворюютьним у винаході способом. ся як побічні продукти при синтезі меламіну, відНа Фіг.2 показана схема одного з апаратів побирають із установки для одержання меламіну при казаної на Фіг.1 установки для спільного одержантиску, який дорівнює мінімум 2 бар, і повертають у ня сечовини та меламіну. секцію високого тиску для синтезу сечовини та Кращий варіант здійснення винаходу який відрізняється тим, що відхідні гази, які відбиНа Фіг.1 показана схема позначеною загальраються із установки для одержання меламіну, ною позицією 10 установки для спільного одерподають у секцію конденсації відхідних газів, яка жання сечовини та меламіну пропонованим у випереважно працює при тиску, який дорівнює тиску наході способом. Установка 10 складається з відхідних газів, водний розчин карбамату із секції установки 11 для одержання меламіну та установвиділення сечовини подають у секцію конденсації ки 12 для одержання сечовини. відхідних газів, відхідні гази в секції конденсації Установку 11 для одержання меламіну можна відхідних газів конденсують водним розчином карвиконати за типом каталітичної установки низького бамату з одержанням концентрованого водного тиску (до 70 бар) або некаталітичної установки розчину карбамату і одержаний концентрований високого тиску (вище 70 бар), де тиск відхідних водний розчин карбамату подають у секцію висогазів, які відбирають з неї, становить мінімум 2 кого тиску для синтезу сечовини. бар. Установка 11 для одержання меламіну має У тому випадку, коли тиск водного розчину касекцію 13 низького або високого тиску для синтезу рбамату, який відбирається із секції виділення меламіну. сечовини, нижче робочого тиску в секції конденсаПри одержанні меламіну та сечовини пропоції відхідних газів, при одночасному одержанні нованим у винаході способом установка 11 для сечовини та меламіну пропонованим у винаході одержання меламіну бажано, але не обов'язково способом водний розчин карбамату, який відбираповинна бути виконана за типом некаталітичної ється із секції виділення сечовини до його подачі в установки високого тиску, де тиск відхідних газів, секцію конденсації відхідних газів, попередньо які утворюються в ній як побічні продукти синтезу стискають до тиску, що по суті відповідає робочомеламіну, становить від 3 до 30 бар, краще від 20 му тиску в секції конденсації відхідних газів. до 35 бар. Очевидно, що при одержанні меламіну Крім того, коли тиск відхідних газів, які відбита сечовини пропонованим у винаході способом раються із установки для одержання меламіну, залежно від тиску, при якому одержують меламін, нижче робочого тиску в секції високого тиску для відхідні гази, які відбираються із установки для синтезу сечовини, при одночасному одержанні одержання меламіну, можуть мати й більш висосечовини та меламіну пропонованим у винаході кий тиск. способом, концентрований водний розчин карбаУстановка 12 для одержання сечовини пропомату, який відбирають із секції конденсації відхіднованим у винаході способом виконана за типом них газів, до його подачі в секцію високого тиску установки з повним виділенням сечовини із продудля синтезу сечовини попередньо стискають до ктів реакції, у якій сечовину одержують при тиску, тиску, який по суті відповідає робочому тиску в який у секції 15 синтезу високого тиску, що з'єднасекції високого тиску для синтезу сечовини. на із секцією 16 виділення сечовини, перевищує Основна перевага пропонованого у винаході 120 бар, звичайно становить від 130 до 260 бар. способу полягає в тому, що для конденсації відхіЗвичайно секція 16 виділення сечовини складних газів використовують невелику кількість води, дається із секції середнього тиску для виділення яка вже міститься у водному розчині карбамату, сечовини, яка працює при тиску близько 15-30 бар, який одержаний в секції виділення сечовини, що і/або секції низького тиску для виділення сечовини, входить до складу установки для одержання сечояка працює при тиску близько 2-10 бар. вини, і в будь-якому разі, який повертається в секУстановку 12 для одержання сечовини краще цію високого тиску для синтезу сечовини. При виконувати за типом так називаного СО2 - або аміцьому на відміну від відомих способів до відхідних ачного десорбера з секцією 15 високого тиску для газів, які повертають із установки для одержання синтезу сечовини, яка працює при тиску близько меламіну в установку для одержання сечовини, 130-170 бар та яка містить принаймні один реаквзагалі не додають воду. При такому спільному тор синтезу сечовини, десорбер та карбаматний одержанні сечовини та меламіну пропонованим у конденсатор (не показані), з'єднані один з одним у винаході способом у секцію високого тиску для по суті ізобаричний замкнутий контур. синтезу сечовини повертають більш концентроваУстановку 12 для одержання сечовини пропоний розчин карбамату, що дозволяє помітно піднованим у винаході способом можна, наприклад, вищити вихід сечовини та істотно знизити споживиконати за типом СО2 - десорбера із секцією 16 вання енергії, необхідної для виділення сечовини низького тиску для виділення сечовини. та повернення реагентів, які не вступили в реакВідповідно до однієї з відмітних рис даного вицію, у секцію її синтезу. находу установка 10 містить секцію 17 конденсації Інші відмітні риси та переваги даного винаходу відхідних газів, розташовану між установкою 11 для одержання меламіну та установкою 12 для більш докладно розглянуті нижче на прикладі кращого, але такого, що не обмежує обсяг винахоодержання сечовини. Так, зокрема, про що більш 7 87133 8 докладно сказано нижче, секція 17 конденсації Для регулювання синтезу меламіну в секцію відхідних газів, з'єднана із секцією 13 синтезу ме13 по трубопроводу 14, показаному на Фіг.1, можламіну, секцією 16 виділення сечовини та секцією на додатково подавати визначену кількість аміаку. 15 високого тиску для синтезу сечовини. Розчин меламіну, який відбирають із секції 13 Як показано на Фіг.2, секція 17 конденсації відсинтезу меламіну по трубопроводу 36 подають на хідних газів, складається принаймні з одного конподальшу обробку, наприклад в (не показаний на денсатора 40, виконаного в даному випадку у викресленні) відповідний охолоджувач, у якому охогляді конденсатора із трубчастим лоджуваний меламін перетворюється в порошок і теплообмінником 41. вивантажується з установки 11. Крім того, залежно від тиску розчинів, які відВідхідні гази СО2 та NH3, які утворюються в себираються із секції 16 виділення сечовини та секції кції 13 як побічні продукти синтезу меламіну, від17 конденсації відхідних газів, до складу установки бирають із секції 13 синтезу по трубопроводу 37. 10 може входити перша секція 18 стиснення, розЗвичайно до відбирання відхідні гази промивають ташована між секцією 16 виділення сечовини та (у відповідному не показаному на кресленні скрусекцією 17 конденсації відхідних газів, і з'єднана з бері) концентрованим розчином сечовини, виданими, та друга секція 19 стиснення, розташована ляючи з них рідкий меламін, який уноситься разом між секцією 17 конденсації відхідних газів, та секз газами із секції синтезу. цією 15 синтезу сечовини високого тиску і з'єднана Промиті відхідні гази по трубопроводу 37 поз ними. Секції 18 та 19 стиснення складаються дають у секцію 17 конденсації відхідних газів пропринаймні з одного (не показаного на кресленні) понованої у винаході установки 10 для спільного компресора або призначеного для перекачування одержання сечовини та меламіну. рідини насоса звичайного типу. Одночасно в секцію 17 конденсації відхідних Установка 10 для одночасного одержання мегазів, по трубопроводу 38 із секції 16 виділення ламіну та сечовини пропонованим у винаході спосечовини, яка входить до складу установки 12 для собом працює в такий спосіб. одержання сечовини, подають водний розчин карСО2 та аміак подають у секцію 15 високого тибамату. ску для синтезу сечовини, яка входить до складу У водному розчині карбамату, який подається установки 12, по трубопроводу 30. У секцію 15 по в секцію конденсації відхідних газів, міститься притрубопроводу 31 також подають концентрований наймні частина згаданої вище води та реагенти, водний розчин карбамату, про що більш докладно які не вступили в реакцію, відділені від розчину сказано нижче. сечовини в секції 16 виділення сечовини. Такий У секції 15 високого тиску для синтезу сечовирозчин (відповідним чином стиснений) повертають ни зазначені вище реагенти вступають у реакцію з назад у секцію високого тиску для синтезу сечовиутворенням розчину сечовини, що містить крім ни і тому звичайно називають рециркулюючим сечовини карбамат амонію, вільний аміак та воду. карбаматним розчином. При спільному одержанні Розчин сечовини, який відбирають із сексечовини та меламіну пропонованим у винаході способом карбаматний водний розчин складається ції 15 по трубопроводу 32 подають у секцію 16 з аміаку (від 20 до 40 мас.%), СО2 (від 20 до 40 виділення сечовини, у якій у результаті відповідної мас.%) та води (інше). обробки одержану сечовину відокремлюють від Конкретний вміст цих компонентів у карбаматінших компонентів розчину (головним чином від ному розчині може бути різним залежно від параводи та вихідних реагентів, які не вступили в реакметрів процесу синтезу сечовини. цію). Концентрований розчин сечовини, який місВ кращому варіанті робочий тиск у секції 17 тить, наприклад, близько 70 мас.% сечовини, відконденсації відхідних газів по суті дорівнює тиску бирають із секції 16 виділення сечовини по трубовідхідних газів на виході із секції 13 синтезу мелапроводу 33 та принаймні частково використовують міну. як вихідний реагент на установці 11 для одержанУ тому випадку, коли тиск відхідних газів, які ня меламіну. відбираються із секції 13 синтезу меламіну більВ іншому варіанті сечовину подають у секцію ший за тиск водного розчину карбамату, який від13 синтезу меламіну, яка входить до складу устабирається із секції 16 виділення сечовини, розчин новки 11, у вигляді розплаву сечовини, що відбиподають у першу секцію 18 стиснення, у якій його рається з (не показаної на кресленні) секції остатиск збільшують до тиску відхідних газів, тобто точної обробки сечовини, розташованої за секцією робочого тиску в секції 17 конденсації. 16 виділення сечовини. Відхідні гази, які подаються в секцію 17 конДля цього концентрований розчин сечовини денсації із секції 13 синтезу меламіну, перемішуабо його частину по трубопроводу 34 подають у ються з водним розчином карбамату, який подасекцію 13 синтезу меламіну. У показаному на Фіг.1 ється до неї із секції виділення сечовини, і прикладі не всю одержану сечовину використовуодержану суміш по трубопроводу 39 подають у ють для синтезу меламіну й тому частину конценконденсатор 40. У конденсаторі 40 відхідні гази трованого розчину сечовини подають по трубоповністю конденсуються (крім невеликої кількості проводу 35 в (не показану на кресленні) секцію інертних компонентів, які не конденсуються) у водконцентрування, яка входить до складу установки ному розчині карбамату за рахунок непрямого те12 для одержання сечовини та у якій одержану плообміну з охолодною рідиною (зокрема, водою) сечовину очищують і, наприклад, прилюють або з одержанням концентрованого водного розчину гранулюють. карбамату. 9 87133 10 У розглянутому прикладі суміш відхідних газів і ламін одержують на установці 11, де відхідні гази, водного розчину карбамату, яку подають у конденщо відбираються із неї при тиску, що дорівнює сатор 40, обтікає пучок труб теплообмінника 41 мінімум 2 бар, які утворюються як побічні продукти ззовні, а охолодна рідина, яку подають у конденсинтезу меламіну, повертають у секцію 15 високосатор 40 по трубопроводу 42 і відбирають із конго тиску для синтезу сечовини, та відрізняється денсатора по трубопроводу 43, протікає усередині тим, що відхідні гази, які відбирають із установки пучка труб теплообмінника 41. 11 для одержання меламіну, подають у секцію 17 В інших варіантах здійснення винаходу (не поконденсації, бажано таку, яка працює при тиску, казаних на кресленнях) відхідні гази і водний розщо дорівнює тиску відхідних газів; водний розчин чин карбамату перемішують до подачі в секцію 17 карбамату із секції 16 виділення сечовини подають конденсації відхідних газів, або подають їх у кону секцію 17 конденсації відхідних газів; у секції 17 денсатор 40 окремо без їх попереднього переміконденсації відхідні гази конденсують водним розшування. чином карбамату з одержанням концентрованого Одержаний концентрований водний розчин водного розчину карбамату і одержаний конценткарбамату по трубопроводу 31 повертають у секрований водний розчин карбамату подають у секцію 15 синтезу сечовини високого тиску, а невелицію 15 високого тиску для синтезу сечовини. ку кількість інертних компонентів, які не сконденЩе однією важливою особливістю даного висувалися, відбирають із конденсатора по находу є можливість використання пропонованих у трубопроводу 44. Концентрований водний розчин ньому рішень для модернізації вже існуючих устакарбамату повертають, зокрема, в один із блоків новок для одержання сечовини та меламіну та секції 15 високого тиску для синтезу сечовини, модифікації існуючих установок для спільного наприклад, у реактор синтезу, у десорбер або в одержання сечовини та меламіну і одержання на карбаматний конденсатор. них сечовини та меламіну пропонованим у винаНа установках, у яких робочий тиск у секції 15 ході способом. високого тиску для синтезу сечовини більший за Крім перерахованих вище переваг, пов'язаних, робочий тиск в секції 17 конденсації відхідних газокрема, з конденсацією відхідних газів, які відбизів, концентрований водний розчин карбамату, раються із установки для одержання меламіну, який відбирається із секції 17 конденсації відхідних водним розчином карбамату, який відбирається із газів, стискають у другій ступені 19 стиснення до секції виділення сечовини, з одержанням концентробочого тиску в секції 15 синтезу сечовини. рованого водного розчину карбамату, який поверПозначені на Фіг.1 та 2 позиціями 14, 30-39, тається в секцію високого тиску для синтезу сечо42-44 магістралі пропонованої у винаході установвини, такий спосіб реалізації пропонованих у ки 10 являють собою сполучні трубопроводи, виговинаході рішень виключає потребу у модифікації товлені зі звичайних труб. устаткування секції високого тиску для синтезу Описана вище установка 10 призначена голосечовини, зокрема, реактора синтезу високого вним чином для спільного (або одночасного) одетиску, десорбера та конденсатора. ржання сечовини та меламіну пропонованим у Наведений вище опис не виключає можливосвинаході способом, який полягає в тому, що сечоті внесення в розглянуті у ньому варіанти різних, вину одержують на установці 12, яка складається очевидних спеціалістам змін та вдосконалень, що із секції 15 високого тиску для синтезу сечовини та не виходять за обсяг винаходу, який визначається секції 16 виділення сечовини, у якій сечовину відойого формулою. кремлюють від водного розчину карбамату, а ме 11 87133 12 13 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 87133 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601