ИНТЕГРИРОВАННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ/МЕЛАМИНА И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ УСТАНОВКА
INTEGRATED METHOD FOR PRODUCING UREA/MELAMINE AND INSTALLATION TO THIS END

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к получению меламина из мочевины. Изобретение относится, в частности, к так называемому интегрированному способу получения мочевины/меламина, включающему первую стадию, на которой из диоксида углерода и аммиака синтезируют мочевину, и вторую стадию, на которой по меньшей мере часть полученной мочевины используют для синтеза меламина. Настоящее изобретение относится главным образом к интегрированному способу получения мочевины/меламина указанного выше типа, при осуществлении которого путем соответствующей обработки из образующихся при синтезе меламина газов выделяют диоксид углерода и аммиак, которые затем снова используют для синтеза мочевины.
В последующем описании газообразная смесь диоксида углерода и аммиака кратко называется газом для синтеза мочевины.
Настоящее изобретение относится также к совмещенной установке для получения мочевины/меламина указанным выше интегрированным способом.
Уровень техники
Известно, что в последнее время мочевину обычно получают так называемым интегрированным способом из аммиака и диоксида углерода с предварительной стадией синтеза меламина. Известно также, что для повышения степени интеграции при получении мочевины таким способом путем соответствующей обработки из отбираемых из реактора синтеза меламина (отходящих) газов обычно выделяют аммиак и диоксид углерода, которые возвращают обратно в реактор синтеза мочевины и используют для синтеза мочевины. Для этого в настоящее время отходящие газы абсорбируют в водном аммиачном растворе, соответствующим образом охлаждают, получая водный раствор карбамата, из которого путем разложения получают возвращаемые обратно в реактор для синтеза мочевины диоксид углерода и аммиак и остающийся водный после разложения карбамата аммиачный раствор. Обычно остающийся водный аммиачный раствор после соответствующего охлаждения снова используют для абсорбции отходящих газов. Такой способ извлечения газа для синтеза мочевины из отходящих из реактора синтеза меламина газов при всей своей эффективности и несомненных достоинствах обладает и определенными недостатками.
Наиболее существенный из этих недостатков связан с необходимостью в использовании специального оборудования и специальных устройств соответствующих размеров, предназначенных исключительно для обработки отходящих газов, что, как очевидно, требует значительных дополнительных расходов на материалы и соответствующего обслуживания. Так, в частности, для полной абсорбции отходящих газов остающийся водный аммиачный раствор до подачи в абсорбционную колонну необходимо определенным образом охлаждать в соответствующем охладителе.
Краткое изложение сущности изобретения
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать интегрированный способ получения мочевины/меламина указанного в начале описания типа, который позволял бы уменьшить количество оборудования, необходимого для обработки отходящих газов, и не требовал бы использования специального, достаточно крупного по размерам оборудования.
Эта задача решается с помощью предлагаемого в изобретении интегрированного способа получения мочевины/меламина, который заключается в том, что
а) синтезируют мочевину из аммиака и диоксида углерода с получением расплавленной мочевины и газообразной смеси водяного пара и аммиака,
б) полученную газообразную смесь водяного пара и аммиака конденсируют с получением холодного водного аммиачного раствора,
в) из мочевины синтезируют меламин с образованием отходящих газов, содержащих аммиак и диоксид углерода;
и отличается тем, что
г) абсорбируют отходящие газы по меньшей мере в одной части холодного водного аммиачного раствора, полученного на стадии б), с получением водного раствора карбамата,
д) разлагают водный раствор карбамата с получением аммиака, диоксида углерода и водяного пара, а также остатка водного аммиачного раствора,
е) полученные на стадии д) аммиак и диоксид углерода возвращают в реактор для синтеза мочевины и
ж) обрабатывают остаток водного аммиачного раствора, полученного на стадии д), для выделения из него используемых для синтеза мочевины аммиака и диоксида углерода.
Остаток водного аммиачного раствора, полученный на стадии д), предпочтительно добавляют к части холодного водного аммиачного раствора, полученного на стадии б), и не используют для абсорбции отходящих газов, а для выделения газа для синтеза мочевины обрабатывают только один водный аммиачный раствор.
Другие отличительные особенности и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере одного из вариантов его возможного осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых к описанию чертежах показано:
на фиг.1 - схема, иллюстрирующая предлагаемый в изобретении интегрированный способ получения мочевины/меламина,
на фиг.2 - схема совмещенной установки для получения мочевины/меламина предлагаемым в изобретении способом и
на фиг.3 - схема отдельных секций (блоков) установки, схематично показанной на фиг.2.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
При получении мочевины/меламина предлагаемым в изобретении интегрированным способом, проиллюстрированным на фиг.1, сначала на первой стадии (а) из аммиака и диоксида углерода синтезируют мочевину, получая в итоге расплавленную мочевину и смесь газов, содержащую водяной пар и аммиак.
Мочевину предпочтительно синтезируют по так называемому замкнутому контуру, более предпочтительно методом отгонки. По этой технологии сначала при высоком давлении синтезируют мочевину, после чего на стадии выделения мочевины полученную мочевину в водном растворе отделяют от не вступивших в реакцию синтеза компонентов путем одно- или многостадийного разложения и конденсации газов при постепенно снижаемом давлении. Разложение раствора и конденсацию газов на стадии среднего давлении предпочтительно проводить при давлении около 15-30 бар, а на стадии низкого давления - при давлении около 2-10 бар.
На первой стадии (а) в результате взаимодействия аммиака и диоксида углерода получают водный раствор мочевины, который после обработки известным методом на стадии выделения мочевины и по меньшей мере на одной стадии испарения разделяют на расплавленную мочевину и смесь газов, содержащую водяной пар и аммиак и состоящую в основном из воды, аммиака и диоксида углерода.
На следующей стадии (б) содержащую водяной пар и аммиак смесь газов конденсируют, получая холодный водный аммиачный раствор. Конденсацию газов предпочтительно проводят в вакууме.
Предлагаемый в изобретении интегрированный способ получения мочевины/меламина включает стадию (ж) обработки отработанного раствора, на которой из всего полученного холодного водного аммиачного раствор или согласно изобретению только его части выделяют возвращаемые обратно в реактор для синтеза мочевины аммиак и диоксид углерода.
Следует отметить, что стадии (а), (б) и (ж) как таковые хорошо известны и являются частью обычного процесса получения мочевины.
Предлагаемый в изобретении интегрированный способ получения мочевины/меламина включает стадию (в) синтеза меламина. На этой стадии в результате катализа при низком давлении, предпочтительно от 0,1 до 10 бар, из полученной на стадии (а) по меньшей мере части расплавленной мочевины синтезируют меламин. При каталитическом синтезе меламина при низком давлении, который как таковой хорошо известен, получают смесь газов с высокой температурой порядка 400°С, в состав которой входят меламин, диоксид углерода, аммиак, не вступившая в реакцию синтеза меламина мочевина и инертные побочные продукты. Смесь газов предпочтительно охлаждают, фильтруют и кристаллизуют, получая кристаллы меламина и поток отходящих газов, содержащих диоксид углерода и аммиак. В рассматриваемом случае при каталитическом синтезе меламина давление отходящих газов составляет от 0,1 до 8 бар, предпочтительно равно около 1,1 бара.
На стадии (г) отходящие газы абсорбируют или конденсируют в водном растворе и получают водный раствор карбамата. При получении мочевины/меламина предлагаемым в изобретении интегрированным способом отходящие газы по меньшей мере частично абсорбируют частью упомянутого выше водного аммиачного раствора, полученного на стадии (б) конденсации.
Таким образом, в соответствии с изобретением для конденсации отходящих газов используют полученный ранее холодный водный аммиачный раствор.
Конденсацию отходящих газов предпочтительно выполняют последовательно в несколько стадий.
На первой стадии при смешении отходящих газов с холодным водным аммиачным раствором получают двухфазную смесь, содержащую водный раствор карбамата и аммиака, пары диоксида углерода и воду в виде паров.
На второй стадии содержащиеся в двухфазной смеси пары путем косвенного теплообмена с охлаждающей средой конденсируют, получая водный раствор карбамата.
На третьей стадии для полной конденсации отходящих газов оставшиеся в водном растворе после косвенного теплообмена карбамата газы (пары) отделяют от раствора и конденсируют промывкой водой в разделительной колонне. Регенерированные газы в предпочтительном варианте возвращают на вторую стадию конденсации и конденсируют путем косвенного теплообмена с охлаждающей средой, удаляя из них возможно оставшиеся газообразные неконденсируемые инертные побочные продукты.
В предпочтительном варианте все описанные выше стадии конденсации проводят при давлении, равном рабочему давлению отходящих газов.
На следующей стадии (д) после разложения из раствора карбамата получают смесь газов, содержащую газы для синтеза мочевины, такие как диоксид углерода и аммиак, и водяной пар, а также остаток водного аммиачного раствора.
В предпочтительном варианте водный раствор карбамата до разложения нагревают.
Разложение карбамата предпочтительно проводят путем косвенного теплообмена водного раствора карбамата с водяным паром при температуре от 165 до 170°С и давлении около 18-20 бар.
В смеси газов, полученной в результате разложения водного раствора карбамата при этих условиях, кроме диоксида углерода и аммиака содержится также водяной пар. Полученную смесь газов и водяного пара затем обрабатывают на стадии выделения мочевины, в частности, при среднем давлении.
В соответствии с другой отличительной особенностью предлагаемого в изобретении интегрированного способа получения мочевины/меламина из остающегося аммиачного раствора, полученного при разложении водного раствора карбамата, путем соответствующей обработки выделяют аммиак и диоксид углерода, которые возможно остались в нем после разложения карбамата. Такая дополнительная обработка аммиачного раствора позволяет полностью выделить из раствора диоксид углерода и аммиак, из которых затем синтезируют мочевину.
В предпочтительном варианте остающийся водный аммиачный раствор разлагают на описанной выше стадии (ж) обработки отработанного раствора для выделения из него газов, из которых синтезируют мочевину.
При обработке отработанного раствора на стадии (ж) обрабатывают не только часть холодного водного аммиачного раствора, не используемого для абсорбции отходящих газов, но и водного аммиачного раствора, остающегося после разложения водного раствора карбамата.
Из приведенного выше описания следует, что предлагаемый в изобретении интегрированный способ получения мочевины/меламина обладает по сравнению с известными способами большей степенью интеграции между известными упомянутыми выше стадиями (а), (б) и (ж) синтеза и обработки мочевины и стадиями (г) и (д) обработки отходящих газов, образующихся при синтезе меламина.
Благодаря более высокой степени интеграции предлагаемый в изобретении способ обладает по сравнению с известными способами целым ряд преимуществ.
Первое из этих преимуществ связано с использованием для абсорбции отходящих газов холодного водного аммиачного раствора, получаемого на стадии конденсации газов. Соответствующее разбавление холодного водного аммиачного раствора и его охлаждение до необходимой температуры обеспечивают возможность требуемой конденсации отходящих газов.
Второе преимущество предлагаемого в изобретении способа связано с обработкой водного аммиачного раствора, остающегося после разложения водного раствора карбамата, и возможностью вторичного использования не выделенных из раствора газов для синтеза мочевины (аммиака и диоксида углерода).
Кроме того, обработку остающегося водного аммиачного раствора проводят без всяких дополнительных затрат одновременно с обработкой отработанного раствора на стадии, которая, как сказано выше, обычно является составной частью обычного технологического процесса синтеза мочевины.
Еще одно преимущество предлагаемого в изобретении интегрированного способа получения мочевины/меламина связано с тем, что выделение из раствора газов для синтеза мочевины на стадии обработки отработанного раствора позволяет отказаться от интенсивной десорбции газов для синтеза мочевины на стадии разложения водного раствора карбамата и уменьшить за счет этого размеры оборудования, необходимого и для десорбции газов для синтеза мочевины, и для абсорбции отходящих газов.
Преимуществом предлагаемого в изобретении способа, повышающего степень интеграции, является также возможность в соответствии с детерминированной модальностью процесса изменения относительного количества холодного аммиачного раствора, используемого на стадии абсорбции отходящих газов и на стадии обработки отработанного раствора.
Еще одно преимущество предлагаемого в изобретении интегрированного способа получения мочевины/меламина связано с меньшим содержанием воды в парах аммиака и диоксида углерода, которые образуются при обработке отходящих газов предлагаемым в изобретении способом и вторично используются в реакторе для синтеза мочевины, и проявляется в более высоком выходе мочевины.
Предлагаемая в изобретении совмещенная установка для интегрированного получения мочевины/меламина показана на фиг.2 и 3.
Следует отметить, что на этих чертежах для простоты схематично показаны только те элементы установки, которые необходимы для иллюстрации основных отличительных особенностей изобретения. Под "соединительной линией" в данном случае подразумевается обычный и хорошо известный соединительный трубопровод либо система соединительных труб и соответствующей трубопроводной арматуры.
В состав предлагаемой в изобретении совмещенной установки 10 входит секция 12 синтеза и выделения мочевины, предназначенная для получения мочевины в водном растворе.
Показанная на фиг.2 секция 12 синтеза и выделения мочевины, выполненная по замкнутому контуру, состоит из реактора 24 синтеза мочевины, предпочтительно работающего при высоком давлении приблизительно от 130 до 300 бар, ступени 28 выделения мочевины, работающей при среднем давлении приблизительно от 15 до 30 бар, и ступени 30 выделения мочевины, работающей при низком давлении приблизительно от 2 до 10 бар.
В последующем описании для упрощения под выражением "секция 12 синтеза и выделения мочевины" подразумевается реактор 24 и ступени 28 и 30 выделения мочевины.
Предлагаемая в изобретении установка 10 имеет также секцию 14 обработки мочевины, которая соединена с секцией 12 синтеза и выделения мочевины трубопроводом 36 и предназначена для получения расплавленной мочевины и смеси газов, состоящей из выделенных из мочевины водяного пара и аммиака в водном растворе.
Секция 14 обработки мочевины по существу представляет собой испаритель, в котором мочевина в расплавленном виде отделяется от смеси газов, содержащей водяной пар, аммиак и диоксид углерода.
В состав предлагаемой в изобретении установки входит также секция 16 конденсации, соединенная с секцией 14 трубопроводом 38.
Основным элементом секции 16 конденсации является конденсатор, предпочтительно работающий в вакууме (секция 14 также предпочтительно работает в вакууме) и предназначенный для конденсации смеси газов, содержащей водяной пар и аммиак.
Получаемый в секции 16 холодный водный аммиачный раствор имеет температуру около 40-50°С.
Необходимо отметить, что упомянутые выше секции 12, 14 и 16 хорошо известны и поэтому не нуждаются в подробном описании.
В состав предлагаемой в изобретении установки входит также обычно используемая при получении мочевины секция 18 обработки отработанного раствора известного типа, в которую по трубопроводу 42 из секции 16 конденсации подают часть холодного водного аммиачного раствора.
Секция 18 обработки отработанного раствора, которая предназначена для выделения из холодного водного аммиачного раствора диоксида углерода и аммиака, соединена трубопроводом 52 с секцией 12 синтеза и выделения мочевины.
В состав предлагаемой в изобретении установки 10 входит также секция 20 синтеза меламина из мочевины, которая содержит реактор синтеза меламина известного типа, работающий по принципу каталитического синтеза при низком давлении.
Секция 20 синтеза меламина соединена с секцией 14 обработки мочевины трубопроводом 21, по которому в нее из секции обработки мочевины подают часть полученной в ней расплавленной мочевины.
Из секции 20 синтеза меламина отбирают упомянутые выше отходящие газы, содержащие помимо различных других компонентов диоксид углерода и аммиак.
В состав предлагаемой в изобретении совмещенной установки 10 входит также секция 22 обработки отходящих газов, основными элементами которой являются абсорбер 70, предназначенный для конденсации отходящих газов, и разлагатель 72.
Абсорбер 70 соединен с секцией 20 синтеза меламина трубопроводом 54, по которому в абсорбер подают отбираемые из секции отходящие газы.
Абсорбер 70 и разлагатель 72 соединены трубопроводом 76, на котором установлен насос 78.
Отличительной особенностью предлагаемой в изобретении совмещенной установки 10 является соединение абсорбера 70 с секцией 16 конденсации, из которой в абсорбер подают часть упомянутого выше холодного аммиачного раствора, используемого для конденсации отходящих газов.
Соединение абсорбера с конденсатором осуществляется с помощью упомянутого выше трубопровода 56, который до абсорбера 70 соединен с трубопроводом 54 для подачи отходящих газов, в котором отходящие газы смешиваются с холодным водным аммиачным раствором.
На выходе из абсорбера 70 получают водный раствор карбамата.
Как показано более подробно на фиг.3, абсорбер 70 состоит из конденсатора 84 и соединенной с ним трубопроводом 88 абсорбционной колонны 86.
Конденсатор 84 предпочтительно выполнен в виде пучка труб, соединенных трубопроводом 89 с не показанным на чертеже источником охлаждающей жидкости, например холодной воды.
Нижняя часть 86b абсорбционной колонны 86 соединена с упомянутым выше трубопроводом 88, а в ее верхней части 86а находится соответствующий насадочный материал.
В нижней части 86b абсорбционной колонны 86 газы, которые не конденсируются в конденсаторе 84, отделяются от водного раствора карбамата и затем конденсируются путем промывки в верхней части 86а колонны. Несконденсировавшиеся инертные газы выводят из абсорбционной колонны 86.
Для подачи в верхнюю часть 86а абсорбционной колонны 86 промывочной воды из секции 94 предназначен трубопровод 90, а для подачи инертных газов из верхней части абсорбционной колонны 86 в секцию 98 выделения инертных газов предназначен трубопровод 96.
Средняя часть абсорбционной колонны 86, расположенная между ее верхней частью 86а и нижней частью 86b, соединена с трубопроводом 100, по которому сконденсировавшиеся в колонне 86 газы подают обратно в конденсатор 84.
Для повышения температуры водного раствора карбамата до его разложения на трубопроводе 76 за абсорбером 70 предпочтительно установить нагреватель 110.
В рассматриваемом случае упомянутый выше разлагатель 72 предпочтительно содержит ребойлер 102 и расположенную непосредственно над ним и сообщающуюся с ним десорбционную колонну 104 с насадочным материалом.
Как показано на фиг.3, верхняя часть десорбционной колонны 104 соединена с трубопроводом 76, по которому в нее после нагревания поступает раствор карбамата.
Ребойлер 102 представляет собой теплообменник, выполненный в виде пучка труб, соединенных с секцией 106 подачи водяного пара. Ребойлер 102 также соединен с вышеупомянутым нагревателем 110 трубопроводом 112 для подачи в него конденсированного водяного пара, содержащегося в ребойлере в качестве теплоносителя.
Разложение раствора карбамата происходит в ребойлере 102 с получением, с одной стороны, аммиака, диоксида углерода и водяного пара и, с другой стороны, остатка водного аммиачного раствора.
Аммиак, диоксид углерода и водяной пар отбирают из верхней части абсорбционной колонны 104 и по трубопроводу 108 подают в секцию 12 синтеза и выделения мочевины, предпочтительно в ее работающую при среднем давлении ступень 28.
В предлагаемой в изобретении установке разлагатель 72 соединен не только с секцией 12 синтеза мочевины, но и с секцией 18 обработки отработанного раствора, в которую из разлагателя подают недистиллированный остаток водного аммиачного раствора.
Недистиллированный остаток водного аммиачного раствора подают по трубопроводу 114 из ребойлера 102 в секцию 18 обработки отработанного раствора, в которой возможно оставшиеся в растворе диоксид углерода и аммиак могут быть использованы повторно, что позволяет повысить эффективность получения мочевины и является одним из преимуществ предлагаемой в изобретении установки.
Основное преимущество совмещенной установки 10 состоит в том, что секция 22 обработки отходящих газов является интегрированной, непосредственно сообщающейся и с секцией 16 конденсации, и с секцией 18 обработки отработанного раствора, что позволяет более эффективно и качественно использовать оборудование, предназначенное для получения мочевины.
Соединение секции 12 конденсации с абсорбером 70 позволяет использовать холодный аммиачный раствор, образующийся при получении мочевины.
С другой стороны, соединение разлагателя 72 с секцией 18 обработки отработанного раствора позволяет при получении мочевины уменьшить размеры оборудования, используемого для десорбции в разлагателе 72, и не требует полного отделения газов от остающегося водного раствора аммиака, которые могут быть выделены из раствора без всяких дополнительных затрат в секции 18 обработки отработанного раствора.
Другим преимуществом предлагаемой в изобретении установки, связанным с соединенными между собой секцией 16 конденсации, секцией 18 обработки отработанного раствора и секцией 22 обработки отходящих газов, является возможность изменения рабочих режимов входящего в ее состав оборудования и определенная гибкость всего технологического процесса.
Еще одно преимущество настоящего изобретения связано с конструктивной простотой абсорбера 70 и разлагателя 72 и возможностью их эффективной работы.
Очевидно, что с учетом конкретных требований и обстоятельств в описанные выше предлагаемые в изобретении интегрированный способ получения мочевины/меламина и конструкцию предназначенной для этого установки можно вносить различные изменения и усовершенствования, которые в полном объеме защищены формулой изобретения.