Спосіб виробництва сечовини з аміаку та діоксиду вуглецю

Реферат: Винахід стосується способу виробництва сечовини з аміаку та діоксиду вуглецю на заводі із виробництва сечовини, який має у своєму складі секцію синтезу при високому тиску, що містить дві секції реактора, стрипер та конденсатор, і секцію відновлення, причому в секції першого реактора утворюється перший синтезований розчин, який подають до секції другого реактора, свіжий діоксид вуглецю подають до секції другого реактора, і в секції другого реактора утворюється другий синтезований розчин, який подають до стрипера, де другий синтезований розчин очищують за допомогою використання діоксиду вуглецю як очищувального газу, і змішаний газовий потік, одержаний в стрипері, надсилають до конденсатора разом зі свіжим аміаком і потоком карбамату, після чого конденсат, який утворюється в конденсаторі, подають до секції першого реактора, і потік сечовини, одержаний в стрипері, додатково очищують у секції відновлення, де потік першого синтезованого розчину від секції першого реактора до секції другого реактора, потік другого синтезованого розчину від секції другого реактора до стрипера, потік змішаного газу від стрипера до конденсатора і конденсату від конденсатора до секції першого реактора є гравітаційними потоками. UA 101500 C2 (12) UA 101500 C2 UA 101500 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу виробництва сечовини з аміаку та двоокису вуглецю на заводі із виробництва сечовини, який має у своєму складі секцію синтезу, що містить дві секції реактора, стрипер і конденсатор, та секцію відновлення, причому в секції першого реактора утворюється перший синтезований розчин, який подають до секції другого реактора; свіжий двоокис вуглецю подають до секції другого реактора, і в секції другого реактора утворюється другий синтезований розчин, який подають до стрипера, де другий синтезований розчин очищують за допомогою використання двоокису вуглецю як очищувального газу, і змішаний газовий потік, одержаний у стрипері, надсилають до конденсатора разом зі свіжим аміаком і потоком карбамату, після чого конденсат, який утворився в конденсаторі, подають до секції першого реактора, і потік сечовини, одержаний в стрипері, далі очищують у секції відновлення. Приклад такого способу виробництва сечовини описаний в US-6680407. У цьому патенті описаний спосіб виробництва сечовини, в якому дві секції реактора, конденсатор і скрубер всі поєднані в одному резервуарі. Оскільки цей резервуар використовують для синтезу сечовини, який відбувається при високому тиску, то виробництво резервуару дорого коштує, і через те, що всередині цього резервуару перебувають різні секції, його також дуже важко конструювати. Крім того, завод із виробництва сечовини, який містить цей резервуар, має велику висоту. Об'єктом винаходу є подолання цих недоліків. Винахід відрізняється тим, що потік першого синтезованого розчину від секції першого реактора до секції другого реактора, потік другого синтезованого розчину від секції другого реактора до стрипера, потік змішаного газового потоку від стрипера до конденсатора і конденсату від конденсатора до секції першого реактора є гравітаційним потоком. Це має перевагу, яка полягає в тому, що можна одержати низький завод з виробництва сечовини з малими секціями реактора, які можна легко розмістити в конструкції. Інша перевага полягає в тому, що процес тепер відбувається виключно на гравітаційному потоці для головного повторного циклу неконвертованого аміаку та двоокису вуглецю в секції синтезу при високому тиску процесу виробництва сечовини, і використання енергії, яку споживають насоси, компресори або ежектори, не потрібне. У кращому втіленні даного винаходу стрипер, а також секція другого 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, та оптимізує безпеку під час будівництва та роботи заводу. Спосіб виробництва сечовини містить секцію синтезу при високому тиску та одну або більше секцій відновлення при більш низькому тиску. Секція високого тиску містить секціюреактора, в якій готують розчин синтезованої сечовини, стрипер, в якому очищують розчин синтезованої сечовини, та конденсатор, в якому конденсуються гази, що виділяються в зоні очищення. Синтез здійснюють у двох секціях реактора. При цьому секцію реактора визначають як секцію, в якій утворюється принаймні 20 вагових % від загальної кількості сечовини в секції синтезу. Секції реактора розміщені в послідовному порядку, і можуть бути два окремих резервуара або дві секції реактора, розміщені в одному резервуарі. Секція реактора може бути також поєднана із секцією конденсатора в одному резервуарі. Якщо конденсатор є зануреним конденсатором і час перебування в секції конденсатора є достатньо тривалим, то більше ніж 20 вагових % від загальної кількості сечовини утворюється в конденсаторі, і він таким чином діє як секція реактора. Аміак і двоокис вуглецю подають до секцій реактора або безпосередньо, або опосередковано. Аміак і двоокис вуглецю можна уводити до процесу виробництва сечовини в різних місцях в секції синтезу при високому тиску або в секції відновлення. Переважно аміак подають до конденсатора. Переважно двоокис вуглецю використовують головним чином у вигляді газового потоку, що рухається в протилежному напрямі під час очищення розчину синтезованої сечовини. Частину двоокису вуглецю можна подавати до секції першого або другого реактора. 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 1 UA 101500 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 карбамату високого тиску, внаслідок чого одержаний в результаті 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. У секції синтезу при високому тиску тиск по суті дорівнює тиску синтезованої сечовини в секціях реактора, який є тиском, при якому утворюється сечовина. Тиск синтезу сечовини зазвичай становить 11-40 МПа, переважно 12,5-19 МПа. Тиск в решті секції високого тиску по суті дорівнює тиску в секції реактора. По суті дорівнює означає, що тиск в решті секції високого тиску є менш ніж на 0,5 МПа вищий або нижчий, ніж в секції реактора. Той факт, що потік першого синтезованого розчину від першої секції реактора до другої секції реактора, потік другого синтезованого розчину від другої секції реактора до стрипера, потік змішаного газового потоку від стрипера до конденсатора і конденсату від конденсатора до першої секції реактора є гравітаційними потоками, означає, що для руху кожного з цих потоків не потрібні будь-які стимулюючі засоби, такі як, наприклад, насоси, компресори та ежектори. 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 секцій 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 з аустенітно-феритної подвійної сталі. В 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 повернути 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, і 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, який не прореагував у секції реактора, можна видалити із секції реактора та надіслати до скрубера, де аміак і двоокис вуглецю, присутні 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 процесу 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 за допомогою використання теплообмінника, який відбирає тепло з процесу. Потік карбамату із скрубера високого тиску можна повернути до секції реактора не обов'язково через конденсатор карбамату високого тиску. Потік карбамату від скрубера середнього тиску можна повернути прямо до секції першого реактора або можна надіслати до секції першого реактора через конденсатор карбамату високого тиску. Функції секцій першого і другого реактора, конденсатора карбамату високого тиску та скрубера високого тиску можна поєднати в одному чи двох резервуарах високого тиску, функціонування цих секцій можна розділити перегородками, спроектованими для малих різниць тиску у резервуарах високого тиску. Можна також поєднати певні функції в єдиному просторі без застосування роздільних перегородок. Прикладом такого поєднання може бути поєднання секції першого реактора з конденсатором у зануреному конденсаторі. Таке поєднання є особливо кращим як з точки зору вартості, так і з точки зору експлуатації, якщо теплообмінна функція конденсатора реалізується 2 UA 101500 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 у формі теплообмінника з оболонкою і трубкою у вигляді літери U, причому рідина під високим тиском розміщена на стороні оболонки. Поєднання різних секцій в одному резервуарі має особливу перевагу, яка полягає в тому, що можна реалізувати значне збереження вкладень, тому що кількість трубок високого тиску, які мають бути вставлені, є набагато меншою. Крім того, це збільшує надійність обладнання, оскільки кількість чутливих до протікання при високому тиску з'єднань, утворених між трубками та обладнанням, значно зменшується. Добре відомим прикладом є поєднання секторів реактора, на яке вже посилались, як описано в US-A-5767313, US-A-5936122 та WO 00/43358. Кращим втіленням є поєднання конденсаторного бака із горизонтальною секцією реактора, як описано в US- A-5767313, в якому представлена так звана секція бака реактора. Далі винахід буде пояснений більш детально на 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 мала у своєму складі секцію другого реактора (R), стрипер СО2 (S) і секцію занурений конденсатор/перший реактор (С), розміщену горизонтально. Далі спосіб містив абсорбер середнього тиску (МА) та секцію відновлення при низькому тиску, де потік сечовини (U) додатково очистили. Невелику кількість двоокису вуглецю подали до секції другого реактора (R). У секції другого реактора перший розчин синтезованої сечовини (CS) прореагував з двоокисом вуглецю, утворивши другий розчин синтезованої сечовини (USS), якого надіслали до стрипера (S) та очистили за допомогою додавання тепла і двоокису вуглецю як очищувального газу. Під час очищення одержали змішаний газовий потік (SG), який був, разом з газами реакції (RG), які надійшли від верхньої частини секції другого реактора (R), поданий через розприскувач до секції конденсатор/перший реактор. До секції першого реактора також подали, разом з аміаком, потік карбамату (МС), який надійшов від абсорбера середнього тиску (МА). Цей потік також подали до секції конденсатор/перший реактор за допомогою розприскувача. Утворений перший розчин синтезованої сечовини надіслали до секції другого реактора, і гази, які не були конденсовані (CG), надіслали до абсорбера середнього тиску (МА). В абсорбері середнього тиску гази абсорбувались в потік карбамату низького тиску (LC) і конденсувались. Гази, які не були абсорбовані (MG), надіслали до секції відновлення при низькому тиску. Потоки від USS, SG та CS були повністю гравітаційними потоками. Жодного насосу або ежектору не було використано для руху рідини чи газів. Із загальної кількості утвореної сечовини 65 вагових % утворилось в конденсаторі та 35 вагових % утворилось в секції другого реактора. Приклад II Приклад способу відповідно до винаходу поданий на фігурі 2. Частина способу виробництва сечовини при високому тиску відповідно до фігури 2 має у своєму складі секції першого і другого реактора (R1 та R2), стрипер СО2 (S), конденсатор зі спадною плівкою (С) та абсорбер високого тиску (НА) і секцію відновлення при низькому тиску, де потік сечовини (U) додатково очистили. Невелику кількість двоокису вуглецю подали до секції другого реактора (R2). У секції другого реактора перший розчин синтезованої сечовини (RS), що надійшов від секції першого реактора (R1), прореагував з двоокисом вуглецю, утворивши другий розчин синтезованої сечовини (USS), який надіслали до стрипера (S) та очистили за допомогою додавання тепла і двоокису вуглецю як очищувального газу. Під час очищення одержали змішаний газовий потік (SG), який подали до верхньої частини конденсатора зі спадною плівкою (С), До конденсатора подали також потік карбамату (НС), що надійшов від абсорбера високого тиску (НА), а також свіжий аміак. Утворений розчин карбамату (CS) надіслали до секції першого реактора (R1) разом з газами, які не конденсувались. Гази реакції (RG), що надійшли з верхньої частини першого і другого реакторів, надіслали до абсорбера високого тиску (НА). В абсорбері високого тиску гази абсорбувались в потік карбамату низького тиску (LC) і конденсувались. Гази, які не абсорбувались (HG), надіслали до секції відновлення при низькому тиску. Потоки від USS, SG та CS були повністю гравітаційними потоками. Жодного насосу або ежектору не було використано для руху рідини чи газів. Із загальної кількості утвореної сечовини 70 вагових % утворилось в секції першого реактора і 30 вагових % утворилось в секції другого реактора. 3 UA 101500 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Спосіб виробництва сечовини з аміаку і діоксиду вуглецю на заводі із виробництва сечовини, який має у своєму складі секцію синтезу при високому тиску, що містить дві секції реактора, стрипер і конденсатор, і сектор відновлення, причому в секції першого реактора утворюється перший синтезований розчин, який подають до секції другого реактора; свіжий діоксид вуглецю подають до секції другого реактора, і в секції другого реактора утворюється другий синтезований розчин, який подають до стрипера, де другий синтезований розчин очищують за допомогою використання діоксиду вуглецю як очищувального газу, і змішаний газовий потік, одержаний в стрипері, надсилають до конденсатора разом зі свіжим аміаком і потоком карбамату, після чого конденсат, що утворився в конденсаторі, подають до секції першого реактора, і потік сечовини, одержаний в стрипері, додатково очищують в секції відновлення, який відрізняється тим, що потік першого синтезованого розчину від секції першого реактора до секції другого реактора, потік другого синтезованого розчину від секції другого реактора до стрипера, потік змішаного газу від стрипера до конденсатора і конденсату від конденсатора до секції першого реактора є гравітаційним потоком. 2. Спосіб за п. 1, в якому як стрипер, так і секція другого реактора розміщені на рівні землі. 3. Спосіб за пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що газовий потік вивільнюється з верхньої частини секції другого реактора, і його додатково надсилають до скрубера середнього тиску, де аміак та діоксид вуглецю, присутні в газовому потоці, видаляються з газового потоку шляхом абсорбції в потік карбамату низького тиску. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газовий потік вивільнюється з верхньої частини секції другого реактора, і його додатково надсилають до скрубера високого тиску, де аміак і діоксид вуглецю, присутні в газовому потоці, видаляють з газового потоку шляхом абсорбції в потік карбамату низького тиску. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що газовий потік вивільнюється з верхньої частини секції першого реактора і верхньої частини секції другого реактора, і поєднаний газовий потік з обох секцій реактора додатково надсилають до скрубера середнього тиску або до скрубера високого тиску, де аміак і діоксид вуглецю, присутні в поєднаному газовому потоці, видаляють із газового потоку шляхом абсорбції в потік карбамату низького тиску. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що секція першого реактора і секція другого реактора поєднані в одному резервуарі. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що секція першого реактора і конденсатор поєднані в одному резервуарі. 8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що резервуар розміщений горизонтально. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що конденсатором є заглибний конденсатор, розміщений горизонтально. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що занурений конденсатор є типу оболонки і трубки, і тим, що рідини під високим тиском перебувають на боці оболонки. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що теплообмінник типу оболонки і трубки є типу Uтрубки. 12. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що принаймні частина секцій реактора або стрипера виготовлені з аустенітно-феритної подвійної сталі із вмістом хрому від 26 до 35 масових % та вмістом нікелю від 3 до 10 масових %. 4 UA 101500 C2 5 UA 101500 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 6