Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления, включающую по меньшей мере одну реакторную секцию, десорбер и конденсатор, в котором все оборудование высокого давления размещают в низком положении, отличающийся тем, что высота секции высокого давления составляет меньше чем 35 м от уровня земной поверхности и по меньшей мере одна из реакторных секций включает средства индивидуального распределения аммиака, причем аммиак распределяют по объему реакторной секции.

2. Способ по п.1, в котором высота секции синтеза высокого давления составляет меньше чем 30 м от уровня земной поверхности.

3. Способ по п.1, в котором средство индивидуального распределения аммиака представляет собой барботер.

4. Способ по п.1, в котором течение раствора синтеза из реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в реакторную секцию обеспечивается за счет гравитационного течения.

5. Способ по п.1, в котором десорбер и реакторную секцию размещают на уровне земной поверхности.

6. Способ по п.1, в котором реакторная секция, включающая средства индивидуального распределения аммиака, представляет собой погружной конденсатор.

7. Способ по п.1, в котором реакторная секция представляет собой расположенное горизонтально объединение погружного конденсатора и реакторной секции, где средства индивидуального распределения аммиака размещают в конденсационной секции.

8. Способ по п.6, в котором погружной конденсатор располагают горизонтально.

9. Способ по п.7, в котором средства индивидуального распределения аммиака размещают в конденсационной секции и продлевают и в реакционную секцию.

10. Способ по любому из пп.1-9, в котором по меньшей мере часть реакторной и десорбирующей секций изготавливают из аустенитно-ферритной двухфазной стали, характеризующейся уровнем содержания хрома в диапазоне от 26 до 35 мас.% и уровнем содержания никеля в диапазоне от 3 до 10 мас.%.

Текст

Смотреть все

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ ИЗ АММИАКА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления, включающую по меньшей мере одну реакторную секцию, десорбер и конденсатор, где все оборудование высокого давления размещают в низком положении, причем высота секции высокого давления составляет меньше чем 35 м от уровня земной поверхности, и по меньшей мере одна из реакторных секций включает средства раздельного распределения аммиака в нижней части реакторной секции. Жеверс Ламбертус Вильхельмус,Мессен Йозеф Хюберт, Меннен Йоханнес Хенрикус (NL) Воль О.И. (RU) Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления, включающую по меньшей мере одну реакторную секцию, десорбер и конденсатор, в котором все оборудование высокого давления размещают в низком положении. На современном уровне техники известны способы десорбирования для получения мочевины, в которых все оборудование высокого давления размещают на уровне земной поверхности. Один пример такого способа описывается в документе GB-1188051. В данной патентной публикации описывается возможность получения такого способа при использовании эжектора в основном потоке рецикла в части высокого давления в оборудовании. По способу, описывавшемуся в соответствии с документом GB1188051, может быть реализован вариант способа с размещением всего оборудования на уровне земной поверхности в результате использования эжектора с аммиачным рабочим агентом для транспортирования карбаматного потока из конденсатора в реактор. Недостаток использования эжектора в основном потоке рецикла заключается в необходимости использования всего аммиака в качестве рабочей текучей среды в эжекторе и, таким образом, в невозможности его подачи в других местах в секции синтеза высокого давления. Кроме того, на выпуске из эжектора всегда будут получать объединенный поток аммиака и карбамата. По вышеупомянутым причинам способ производства мочевины является негибким, и легкая адаптация технологических условий невозможна. Еще один недостаток использования эжектора заключается в увеличении энергопотребления. Аммиак, использующийся в качестве рабочего агента в эжекторе, должен быть подан во впускное отверстие эжектора для движущей текучей среды при давлении, существенно превышающем давление основного синтеза. Это подразумевает необходимость значительного увеличения энергопотребления для насоса,который используют при подаче аммиака в секцию синтеза мочевины. Цель изобретения заключается в устранении данных недостатков. Изобретение характеризуется тем, что высота секции высокого давления составляет меньше чем 35 м от уровня земной поверхности и по меньшей мере одна из реакторных секций включает средства раздельного распределения аммиака по объему реакторной секции. Предпочтительно высота секции высокого давления составляет меньше чем 30 м от уровня земной поверхности. Преимущество этого заключается в возможности получения лучшего распределения аммиака в реакторной секции и поэтому в возможности достижения лучшей степени превращения в мочевину в реакторной секции. Результатом этого является возможность получения в меньшей реакторной секции той же самой величины степени превращения, так что достаточной будет реакторная секция, имеющая меньший объем. Меньшее оборудование является более дешевым, и, таким образом, способ получения мочевины может быть организован более экономично. В альтернативном варианте преимущество лучшего распределения аммиака в реакционной секции могло бы быть использовано для получения лучшей степени превращения в том же самом объеме. В таком случае количество непревращенного карбамата уменьшается, так что уменьшается и энергия, использующаяся оборудованием, вовлеченным в рецикл данного непревращенного материала. Также возможным является и объединение данных двух преимуществ, что в результате приводит к уменьшению затрат, а также к уменьшению энергопотребления. В соответствии с изобретением аммиак оптимизированным образом распределяют по меньшей мере по одной реакторной секции в секции синтеза высокого давления. "Оптимизированный" в данном контексте означает подачу аммиака в нескольких позициях по объему по меньшей мере одной реакторной секции в способе получения мочевины. Такое распределение аммиака на практике может быть достигнуто при использовании множества приспособлений. Один очень экономичный способ осуществления этого заключается в использовании так называемого барботера, который состоит из одной или нескольких труб или трубных секций, включающих отверстия для истечения аммиака по длине данных труб. В результате выбора диаметра и позиции данных отверстий для истечения может быть оптимизировано распределение аммиака по объему реакторной секции либо в направлении минимального объема, либо в направлении максимальной степени превращения, либо в направлении комбинации из минимального объема и максимальной степени превращения. В способе, соответствующем изобретению, предпочтительно течение раствора синтеза из реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в реакторную секцию обеспечивается за счет гравитационного течения. Это означает отсутствие каких-либо эжектора, компрессора или насоса, использующихся для увеличения давления текучей среды в основном потоке рецикла в секции высокого давления. По этой причине для целей распределения через барботер в реакторной секции доступным является полное количество аммиака,которое подается в секцию синтеза высокого давления. Способ получения мочевины включает секцию синтеза высокого давления и одну или несколько секций извлечения при пониженном давлении. Секция высокого давления включает реакторную секцию,в которой получают раствор синтеза мочевины, десорбер, в котором раствор синтеза мочевины подвер-1 020709 гают десорбированию, и конденсатор, в котором конденсируют газы, высвобожденные в зоне десорбирования. Синтез может быть проведен в более чем одной реакторной секции. Реакторную секцию в настоящем документе определяют как секцию, в которой получают по меньшей мере 20 мас.% от совокупного количества мочевины в секции синтеза. Реакторные секции могут быть размещены последовательно или параллельно и могут представлять собой две раздельные емкости или две реакторные секции, размещенные в одной емкости. Реакторная секция также может быть объединена в одной емкости с конденсаторной секцией. В случае использования конденсатора в виде погружного конденсатора и достаточно продолжительного времени пребывания в конденсаторной секции в конденсаторе будет получено более чем 20 мас.% от совокупного количества мочевины, и, таким образом, он будет функционировать в качестве реакторной секции. Аммиак и диоксид углерода подают в реакторные секции либо непосредственно, либо опосредованно. Аммиак и диоксид углерода могут быть введены в способ получения мочевины в различных местах в секции синтеза высокого давления или в секциях извлечения. Предпочтительно диоксид углерода в основном используют в качестве противоточного газового потока во время десорбирования раствора синтеза мочевины. Часть диоксида углерода может быть подана в реакторную секцию. Предпочтительно аммиак подают в конденсатор. В десорбере раствор синтеза мочевины подвергают десорбированию в противотоке с диоксидом углерода при подводе тепла. Также может быть использовано термическое десорбирование. Термическое десорбирование подразумевает разложение карбамата аммония в растворе синтеза мочевины и удаление из раствора мочевины находящихся в нем аммиака и диоксида углерода исключительно в результате подвода тепла. Десорбирование также может быть осуществлено в две и более стадии. Газовый поток,содержащий аммиак и диоксид углерода, который высвобождается из десорбера, отправляют в конденсатор высокого давления. Газовую смесь, полученную в десорбере, конденсируют при отводе тепла и абсорбируют в конденсаторе высокого давления, после чего получающийся в результате карбамат аммония переводят в реакторную секцию для получения мочевины. Конденсатором высокого давления могут быть, например, конденсатор с падающей пленкой или так называемый погружной конденсатор, который описывается в документе NL-A-8400839. Погружной конденсатор может быть размещен горизонтально или вертикально. В соответствии с изобретением возможными являются несколько объединений конденсаторных секций и реакционных секций: объединение конденсаторной секции и реакционной секции в так называемых погружных или бассейновых конденсаторах. Погружной или бассейновый конденсатор предпочтительно располагают горизонтально; объединение конденсатора и реакторной секции в одной емкости, называемой бассейновым реактором. В случае использования такого объединения конденсатора и реакционной секции особенно важным будет получение оптимизированного распределения жидкого аммиака в конденсаторе при использовании средств распределения аммиака вследствие значительного изменения состава содержимого конденсатора по длине пути конденсации, поскольку одновременно с конденсацией смешанного газа, поступающего из десорбера, происходит образование мочевины. Данное образование мочевины и, таким образом, также и воды по длине пути конденсации в результате приводит к изменению по длине пути конденсации оптимального количественного соотношения NH3/CO2. Оптимальным в данном случае определяют соотношение, приводящее в результате к получению по возможности наибольшей температуры,что является желательным для увеличения скорости реакции, а также доведения до максимума разности температур, доступной для теплообмена. Таким образом, оптимизация количественного соотношенияNH3/CO2 по длине пути конденсации приводит как к уменьшению площади поверхности, необходимой для теплообмена, так и к уменьшению конденсационного объема, необходимого для прохождения реакции дегидратации карбамата аммония. В случае использования конденсатора в виде погружного конденсатора и достаточно продолжительного времени пребывания в конденсаторной секции в конденсаторе будет получено более чем 20 мас.% от совокупного количества мочевины, и, таким образом, он будет функционировать в качестве реакторной секции. Таким образом, предпочтительно реакторная секция, включающая средства распределения аммиака, представляет собой погружной конденсатор, который более предпочтительно располагают горизонтально. В случаях объединения конденсатора и первой и второй частей реакционной секции в одной емкости выгодным даже может оказаться продление средств распределения аммиака в реакционную секцию. Таким образом, может быть оптимизировано также и количественное соотношение NH3/CO2 по длине пути реакции в реакционной секции, благодаря чему в реакционной секции получают более высокие температуры и, следовательно, меньший реакционный объем. Предпочтительно реакторная секция, соответствующая изобретению, представляет собой расположенное горизонтально объединение погружного конденсатора и реакторной секции, где средства распределения аммиака размещают в конденсационной секции, а более предпочтительно продлевают и в реакционную секцию. В секции синтеза высокого давления давление является, по существу, равным давлению синтеза мочевины в реакторных секциях, которое представляет собой давление, при котором происходит образование мочевины. Давлением синтеза мочевины обычно является давление в диапазоне 11-40 МПа, предпочтительно 12,5-19 МПа. Давление в остальной части секции высокого давления является, по существу,равным давлению в реакторной секции. По существу, равенство подразумевает то, что давление в остальной части секции высокого давления является менее чем на 0,5 МПа, большим или меньшим, чем в реакторной секции. В одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения десорбер, а также вторую реакционную секцию размещают в установке на уровне земной поверхности. Таким образом, два тяжелых элемента оборудования размещают в установке на очень низкой высотной отметке, что в результате приводит к значительному уменьшению необходимых инвестиционных затрат на конструкцию, которая должна вмещать данные тяжелые элементы оборудования. Низкое расположение данных элементов оборудования дополнительно упрощает проведение деятельности по эксплуатации и техническому обслуживанию, которая потребуется для данных единиц оборудования. Кроме того, низкая высотная отметка для тяжелых элементов оборудования является предпочтительной и с точки зрения безопасности, поскольку она сводит к минимуму деятельность людей на высотном уровне и оптимизирует технику безопасности во время сооружения и эксплуатации установки. Для защиты материалов конструкции от коррозии в способ получения мочевины добавляют окислитель. На металлических деталях образуется оксидная пленка, которая защищает от коррозии. Данный способ известен под названием пассивирования. Пассиватор может представлять собой кислород или соединение, высвобождающее кислород, что описывается, например, в документе US-A-2727069. Кислород может быть добавлен, например, в виде воздуха или в виде пероксида. Восприимчивые к коррозии детали в секции высокого давления в способе получения мочевины могут быть изготовлены из аустенитно-ферритной двухфазной стали, характеризующейся уровнем содержания хрома в диапазоне от 26 до 35 мас.% и уровнем содержания никеля в диапазоне от 3 до 10 мас.%. Данный тип стали является менее восприимчивым к коррозии. В случае использования данного типа стали для изготовления реакторных секций и десорбера можно уменьшить или опустить введение окислителя в способ получения мочевины. Предпочтительно уровень содержания хрома в аустенитноферритной двухфазной стали находится в диапазоне 26-30 мас.%. В секции высокого давления из аустенитно-ферритной двухфазной стали предпочтительно изготавливают реакторную секцию и десорбер. В секции извлечения аммиак и диоксид углерода, которые не были удалены из раствора синтеза мочевины в десорбере, извлекают из мочевиносодержащего потока, полученного в секции синтеза высокого давления, для отправления на рецикл в секцию высокого давления. В секции извлечения давление является меньшим, чем в секции синтеза высокого давления. В способе получения мочевины, соответствующем настоящему изобретению, имеется по меньшей мере одна секция извлечения низкого давления. В случае наличия более чем одной секции извлечения, по меньшей мере, одну из секций извлечения эксплуатируют при среднем давлении, а одну - при низком давлении. Средним давлением является давление в диапазоне от 1,0 до 8,0 МПа, предпочтительно от 1,2 до 3,0 МПа. Низким давлением является давление в диапазоне от 0,2 до 0,8 МПа, предпочтительно от 0,3 до 0,5 МПа. Газ синтеза, который не прореагировал в реакторной секции, может быть удален из реакторной секции и может быть отправлен в скруббер, где аммиак и диоксид углерода, присутствующие в газовом потоке, удаляют из него в результате абсорбирования в карбаматном потоке низкого давления. Данный карбаматный поток отправляют на рецикл из секции извлечения низкого давления способа получения мочевины. Скруббер может функционировать при высоком давлении или при среднем давлении. Предпочтительно используют скруббер среднего давления вследствие большей дешевизны изготовления аппарата среднего давления. Реализацию способа газоочистки в скруббере можно стимулировать при использовании теплообменника, который отводит тепло из способа. Карбаматный поток из скруббера среднего давления или высокого давления может быть возвращен в реакторную секцию, при необходимости через конденсатор карбамата высокого давления. Далее в настоящем документе изобретение будет более подробно разъяснено на примерах без ограничения его ими. Пример. Пример способа, соответствующего изобретению, представлен на чертеже. Часть высокого давления способа получения мочевины, соответствующего чертежу, включала реакторную секцию (Р), десорбер СО 2 (Д) и погружную конденсаторную/реакторную секцию (К), которую расположили горизонтально. Кроме того, способ включал абсорбер среднего давления (СА) и секцию извлечения низкого давления, где мочевинный поток (М) подвергали дополнительной очистке. В реакторную секцию (Р) подавали небольшое количество диоксида углерода. В реакторной секции получали раствор синтеза мочевины (РСМ), который отправляли в десорбер (Д) и подвергали десорбированию в результате подвода тепла и при использовании диоксида углерода в качестве десорбирующего газа. Во время десорбирования получали смешанный газовый поток (СГ), который совместно с реакционными газами (РГ), поступающими с верха реакторной секции (Р), через барботер подавали в конденсаторную/реакторную секцию. В конденсаторную/реакторную секцию через отдельный барботер также подавали и карбаматный поток (КП), поступающий из абсорбера среднего давления (СА). Через отдельный барботер в конденсаторную/реакторную секцию (К) также подавали и свежий аммиак. Барботер для распределения аммиака и барботер для распределения смешанного газа (СГ) размещали в конденсаторной секции, но также продлевали и в реакторную секцию погружного конденсатора/реактора (К). Полученный раствор мочевины (РМ) отправляли в реакторную секцию (Р), а газы, которые не конденсировались (НКГ), отправляли в абсорбер среднего давления (СА). В абсорбере среднего давления газы абсорбировали в карбаматном потоке низкого давления (НК) и конденсировали для получения карбаматного потока (КП). Газы, которые не абсорбировались (НАГ), отправляли в секцию извлечения низкого давления. Течение для РСМ, СГ и PC полностью обеспечивалось за счет гравитационного течения. Для перемещения текучей среды или газов каких-либо насосов или эжекторов не использовали. Как реактор (Р), так и десорбер (Д) располагали на уровне земной поверхности. Высота секции синтеза высокого давления составляла 26 м от уровня земной поверхности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления, включающую по меньшей мере одну реакторную секцию, десорбер и конденсатор, в котором все оборудование высокого давления размещают в низком положении, отличающийся тем, что высота секции высокого давления составляет меньше чем 35 м от уровня земной поверхности и по меньшей мере одна из реакторных секций включает средства индивидуального распределения аммиака, причем аммиак распределяют по объему реакторной секции. 2. Способ по п.1, в котором высота секции синтеза высокого давления составляет меньше чем 30 м от уровня земной поверхности. 3. Способ по п.1, в котором средство индивидуального распределения аммиака представляет собой барботер. 4. Способ по п.1, в котором течение раствора синтеза из реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в реакторную секцию обеспечивается за счет гравитационного течения. 5. Способ по п.1, в котором десорбер и реакторную секцию размещают на уровне земной поверхности. 6. Способ по п.1, в котором реакторная секция, включающая средства индивидуального распределения аммиака, представляет собой погружной конденсатор. 7. Способ по п.1, в котором реакторная секция представляет собой расположенное горизонтально объединение погружного конденсатора и реакторной секции, где средства индивидуального распределения аммиака размещают в конденсационной секции. 8. Способ по п.6, в котором погружной конденсатор располагают горизонтально. 9. Способ по п.7, в котором средства индивидуального распределения аммиака размещают в конденсационной секции и продлевают и в реакционную секцию. 10. Способ по любому из пп.1-9, в котором по меньшей мере часть реакторной и десорбирующей секций изготавливают из аустенитно-ферритной двухфазной стали, характеризующейся уровнем содержания хрома в диапазоне от 26 до 35 мас.% и уровнем содержания никеля в диапазоне от 3 до 10 мас.%.

МПК / Метки

МПК: C07C 273/04, C07C 273/00

Метки: способ, углерода, мочевины, диоксида, получения, аммиака

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/6-20709-sposob-polucheniya-mocheviny-iz-ammiaka-i-dioksida-ugleroda.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода</a>

Похожие патенты