СПОСОБ СОВМЕЩЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ И МЕЛАМИНА
METHOD FOR COMBINED SYNTHESIS OF UREA AND MELAMINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу совмещенного получения мочевины и меламина.
В частности, настоящее изобретение относится к способу упомянутого выше типа, в котором мочевину получают на установке для получения мочевины, выполненной в виде секции синтеза мочевины при высоком давлении и секции извлечения мочевины, причем отходящие газы, являющиеся побочными продуктами синтеза меламина, направляют на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении.
В приведенном ниже описании и последующей формуле изобретения под "секция синтеза мочевины при высоком давлении" следует понимать секцию, работающую при давлении по меньшей мере примерно 120 бар, как правило, между 130 и 260 бар.
Более конкретно, способ по настоящему изобретению, относится к такому типу, при котором отходящие газы, направляемые на повторный цикл, имеют давление по меньшей мере 2 бара, как правило, между 2 и 30 бар.
Настоящее изобретение также относится к совмещенной установке для практического осуществления упомянутого выше способа.
Как известно, в промышленном получении мочевины и меламина наблюдается постоянно возрастающая потребность в разработке таких совмещенных (интегрированных) способов, в которых отходящие газы технологического процесса синтеза меламина могли бы быть эффективно использованы для получения мочевины.
Предшествующий уровень техники
3
3
2
Для выполнения упомянутого выше требования были предложены совмещенные способы, по которым меламин получают на соответствующей установке, так называемой "установке для получения меламина", при использовании, в качестве сырья (реагентов) NH и мочевины, последнюю из которых получают на соответствующей установке для получения мочевины, так называемой "установке для получения мочевины", на которую, на повторный цикл, в качестве сырья (реагентов), поступают газы, отходящие от установки для получения меламина, и в основном содержащие NH и СО.
Согласно упомянутым выше способам газы, обычно отходящие от установки для получения меламина при давлении в пределах от 2 до 30 бар, подлежат соответствующей технологической обработке, прежде чем будут направлены на установку для получения мочевины.
3
2
В частности, отходящие газы подлежат конденсации при давлении, превышающем или равном их давлению нагнетания, в присутствии слабого водоаммиачного раствора (концентрация аммиака составляет от 0 до 15 мас.%). Полученный таким образом жидкий раствор, содержащий отходящие газы, затем направляют в секцию обработки сточных вод установки для получения мочевины, обычно работающую при давлении, примерно, 2-5 бар, в которой происходит извлечение NH и СО из водного раствора и их направление на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении через работающую при низком давлении секцию извлечения мочевины, находящуюся в установке для получения мочевины.
В качестве альтернативного варианта была предложена надлежащая компрессия (сжатие) упомянутого выше жидкого раствора, содержащего отходящие газы, и его направление на повторный цикл непосредственно в работающую при высоком давлении секцию синтеза, находящуюся в установке для получения мочевины.
Несмотря на то, что, в определенной степени, упомянутые выше способы имеют преимущества, для них также характерны и некоторые недостатки.
3
2
В действительности, в первом случае, этап извлечения NH и CO из жидкого раствора, содержащего отходящие газы, в секции обработки сточных вод, является в высокой степени энергоемким. Кроме того, поскольку давление в такой секции часто намного ниже давления нагнетания газов, отходящих от установки для получения меламина, то такие отходящие газы подлежат расширению, прежде чем они будут направлены на конденсацию и далее на повторный цикл в секцию обработки сточных вод установки для получения мочевины, следовательно, здесь также имеет место иррациональное использование энергии, с точки зрения потери давления.
2
Во втором случае, в секцию синтеза мочевины при высоком давлении, вместе с оборотным жидким раствором, содержащим отходящие газы, поступает дополнительное ощутимое количество воды. Поскольку вода представляет собой побочный продукт технологического процесса синтеза мочевины, то ее присутствие в подаваемом на реакцию сырье отрицательно сказывается на степени конверсии CO в мочевину. Следовательно, на степень конверсии в мочевину отрицательно влияет вода, содержащаяся в оборотном жидком растворе, содержащем отходящие газы, что гарантирует более высокое энергопотребление, необходимое для выделения мочевины из содержащего мочевину раствора, выходящего из секции синтеза, а также для направления непрореагировавших реагентов на повторный цикл в секцию синтеза.
Кроме того, такие способы совмещенного получения мочевины и меламина обычно реализуют на существующих установках синтеза мочевины и, соответственно, меламина, а они, как правило, допускают наращение, даже значительное, производственной мощности установок для получения мочевины по сравнению с их проектной мощностью, на которую такие установки были запроектированы изначально. Для выполнения поставленной задачи, связанной с наращением производственной мощности, предшествующий уровень техники предлагает заменить несоответствующее оборудование контура синтеза при высоком давлении на новое оборудование. Из этого следует, что практическая реализация способов совмещенного получения мочевины/меламина, предлагаемых предшествующим уровнем техники, в дополнение к недостаткам, упомянутым выше, имеет также и ряд других недостатков, с точки зрения экономики, функционирования и высокого энергопотребления.
Способ совмещенного получения мочевины и меламина раскрыт в публикации WO 2005/080321.
Краткое изложение сущности изобретения
Соответственно, техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в разработке способа совмещенного получения мочевины и меламина с такими функциональными особенностями, которые позволяли бы полностью преодолеть недостатки, выявленные из предшествующего уровня техники, и обеспечивали бы возможность наращения производственной мощности установки для получения мочевины, одновременно гарантируя высокую степень конверсии диоксида углерода в мочевину, осуществляемую экономически эффективным способом и при низком энергопотреблении.
По настоящему изобретению эта задача решена разработкой способа совмещенного получения мочевины и меламина, по которому мочевину получают на соответствующей установке для получения мочевины, включающей в себя секцию синтеза мочевины при высоком давлении, из которой выходит водный раствор, содержащий мочевину, карбамат аммония и аммиак, и секцию извлечения мочевины, работающую при низком давлении, а меламин получают на соответствующей установке для получения меламина, от которой, при среднем давлении, отходят газы, являющиеся побочным продуктом синтеза меламина, и которые направляют на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении, при этом предлагаемый способ отличается тем, что также включает следующие этапы:
подача по меньшей мере части упомянутого выше водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из секции синтеза мочевины, в секцию технологической обработки при среднем давлении в установке для получения мочевины, для извлечения содержащихся в нем карбамата аммония и аммиака,
подвергание упомянутой части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, диссоциации в секции технологической обработки при среднем давлении, с получением водного раствора мочевины и паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду,
подача упомянутого водного раствора мочевины, полученного на этапе диссоциации в секции технологической обработки, в аппарат для разложения секции извлечения мочевины и работающий при заданном низком давлении,
подвергание упомянутого выше водного раствора мочевины разложению в аппарате для разложения, находящемся в секции извлечения мочевины, с получением концентрированного раствора мочевины и второй паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду,
подвергание упомянутой второй паровой фазы конденсации в конденсаторе секции извлечения мочевины, имеющим сообщение с аппаратом для разложения, с получением оборотного водного раствора карбамата аммония,
подача упомянутых выше газов, отходящих от установки для получения меламина, и упомянутого оборотного раствора карбамата аммония в узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении в установке для получения мочевины,
конденсация упомянутых отходящих газов и оборотного водного раствора карбамата в узле конденсации секции технологической обработки при среднем давлении, с получением концентрированного водного раствора карбамата,
направление упомянутого водного раствора карбамата на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении.
Упомянутая выше секция технологической обработки при среднем давлении, находящаяся в установке для получения мочевины, предпочтительно работает при давлении по существу более низком или равном давлению нагнетания упомянутых выше газов, отходящих от установки для получения меламина.
В случае если давление оборотного водного раствора карбамата, выходящего из секции извлечения мочевины, ниже рабочего давления узла конденсации отходящих газов секции технологической обработки при среднем давлении установки для получения мочевины, то способ по настоящему изобретению далее предусматривает этап компрессии (сжатия) упомянутого выше оборотного водного раствора карбамата до давления, по существу соответствующего рабочему давлению узла конденсации отходящих газов, прежде чем упомянутый оборотный водный раствор карбамата поступает в узел конденсации.
Способ по настоящему изобретению далее предусматривает этап компрессии упомянутого выше концентрированного оборотного водного раствора карбамата, выходящего из узла конденсации отходящих газов, до давления, по существу соответствующего рабочему давлению секции синтеза мочевины при высоком давлении, прежде чем упомянутый выше концентрированный оборотный водный раствор карбамата будет подан (направлен на повторный цикл) в секцию синтеза мочевины.
Согласно предпочтительному примеру осуществления настоящего изобретения узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении выполнен в виде одного конденсатора, и настоящий способ далее предусматривает следующие этапы:
подача упомянутых паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, отходящих газов и оборотного раствора карбамата аммония в указанный один конденсатор секции технологической обработки при среднем давлении,
конденсацию упомянутой паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, а также упомянутых отходящих газов с оборотным раствором карбамата аммония в указанном одном конденсаторе секции технологической обработки при среднем давлении с получением концентрированного водного раствора карбамата аммония и
направление упомянутого концентрированного водного раствора карбамата аммония на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении.
Согласно еще одному примеру осуществления настоящего изобретения узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении включает в себя первый конденсатор и второй конденсатор, между которыми имеется сообщение, и настоящий способ далее предусматривает следующие этапы:
подача упомянутых газов, отходящих от установки для получения меламина, и оборотного водного раствора карбамата аммония в первый конденсатор секции технологической обработки при среднем давлении в установке для получения мочевины,
конденсация упомянутых отходящих газов и оборотного водного раствора карбамата аммония в этом первом конденсаторе секции технологической обработки при среднем давлении с получением первого концентрированного водного раствора карбамата,
подача упомянутого первого концентрированного водного раствора карбамата во второй конденсатор секции технологической обработки при среднем давлении,
подача упомянутой паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, полученной на этапе диссоциации упомянутой части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, во второй конденсатор секции технологической обработки при среднем давлении,
конденсация упомянутой паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, с упомянутым первым концентрированным водным раствором карбамата аммония, во втором конденсаторе секции технологической обработки при среднем давлении с получением второго концентрированного водного раствора карбамата аммония, и
направление упомянутого второго концентрированного водного раствора карбамата аммония в секцию синтеза мочевины при высоком давлении.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно включает дальнейшие этапы:
подача диоксида углерода в конденсатор секции извлечения мочевины,
подвергание упомянутого диоксида углерода и упомянутой второй паровой фазы конденсации в конденсаторе секции извлечения мочевины с получением оборотного водного раствора карбамата аммония.
В этой связи высокие результаты были получены, в частности, при подаче диоксида углерода в количестве от 1 до 10 мас.% от всего количества исходного диоксида углерода, подаваемого в конденсатор секции извлечения мочевины.
Упомянутая часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подаваемая в секцию технологической обработки при среднем давлении, предпочтительно составляет от 10 до 50 мас.% от упомянутого водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, получаемого в секции синтеза.
Кроме того, среднее давление, при котором работает секция технологической обработки, предпочтительно, составляет от 10 до 70 бар.
Упомянутый выше этап конденсации отходящих газов с оборотным раствором карбамата в узле конденсации секции технологической обработки при среднем давлении предпочтительно является двухступенчатым.
Благодаря способу по настоящему изобретению неожиданно было обнаружено, что количество конденсационной воды (в абсолютном значении), необходимое для направления непрореагировавших аммиака и диоксида углерода в виде карбамата аммония на повторный цикл в секцию синтеза установки для получения мочевины, значительно меньше по сравнению с количеством конденсационной воды (в абсолютном значении), необходимым для выполнения такого рецикла, согласно способам, предлагаемым предшествующим уровнем техники, в которых в секцию технологической обработки при среднем давлении подают исходный диоксид углерода и исходный аммиак.
Это обусловлено тем, что при той же самой производственной мощности установки для получения мочевины по способу, предлагаемому в настоящем изобретении, количество аммиака и диоксида углерода, направляемых на повторный цикл в секцию синтеза в виде карбамата аммония, значительно меньше по сравнению со способами, предлагаемыми предшествующим уровнем техники.
Из этого следует, что на установке, на которой будет применен способ по настоящему изобретению, будет иметь место значительное повышение степени конверсии в секции синтеза мочевины, а также общего выхода продукции в контуре в.д. при более высокой экономической эффективности и более низком энергопотреблении.
Кроме того, конденсация отходящих газов, предпочтительно, происходит при использовании небольшого количества воды, уже содержащейся в оборотном водном растворе карбамата, полученном в секции извлечения мочевины установки для получения мочевины, который, в любом случае, направляют на повторный цикл в секцию синтеза при высоком давлении. Следовательно, в отличие от способов, предложенных предшествующим уровнем техники, при рецикле отходящих газов с установки для получения меламина на установку для получения мочевины не требуется добавление никакого дополнительного количества воды. Из этого следует, что благодаря настоящему изобретению на установку для получения мочевины в секцию синтеза мочевины при высоком давлении возвращается более концентрированный раствор карбамата, в результате чего повышается степень конверсии в мочевину при одновременном снижении потребления энергии, необходимой для выделения мочевины и направления непрореагировавших реагентов на повторный цикл в секцию синтеза.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения упомянутая выше техническая задача решена в совмещенной установке для реализации упомянутого выше способа, на которой мочевину получают на установке для получения мочевины, содержащей секцию синтеза мочевины при высоком давлении и секцию извлечения мочевины, работающую при низком давлении, включающую аппарат для разложения и конденсатор, при этом упомянутые выше секции имеют сообщение друг с другом, а меламин получают на установке для получения меламина, отходящие газы которой, являющиеся побочными продуктами технологического процесса синтеза меламина, выходят с установки при давлении по меньшей мере 2 бара, и поступают (рециркулируют) на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении, при этом предлагаемая совмещенная установка отличается тем, что она включает:
секцию технологической обработки при среднем давлении в установке для получения мочевины, включающую аппарат для диссоциации и узел конденсации;
соединительную линию (средства соединения) для обеспечения связи между секцией синтеза меламина и узлом конденсации секции технологической обработки при среднем давлении, предназначенную для подачи упомянутых выше газов, отходящих от секции синтеза меламина, в узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении;
соединительную линию для обеспечения связи между конденсатором секции извлечения мочевины и узлом конденсации секции технологической обработки при среднем давлении, предназначенную для подачи оборотного карбамата аммония, выходящего из конденсатора секции извлечения мочевины, в узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении; и
соединительную линию для обеспечения связи между аппаратом для диссоциации секции технологической обработки при среднем давлении и у аппаратом для разложения секции извлечения мочевины при низком давлении, предназначенную для подачи водного раствора мочевины, полученного на этапе диссоциации в секции технологической обработки, в аппарат для разложения в секции извлечения мочевины.
Согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении выполнен в виде одного конденсатора.
Согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении включает первый конденсатор и второй конденсатор, и совмещенная установка далее включает:
соединительную линию для обеспечения связи между секцией синтеза меламина и первым конденсатором секции технологической обработки при среднем давлении, предназначенную для подачи упомянутых выше газов, отходящих от секции синтеза меламина, в первый конденсатор секции технологической обработки при среднем давлении;
соединительную линию для обеспечения связи между конденсатором секции извлечения мочевины и первым конденсатором секции технологической обработки при среднем давлении, предназначенную для подачи оборотного водного раствора карбамата аммония, выходящего из конденсатора секции извлечения мочевины, в первый конденсатор секции технологической обработки при среднем давлении;
соединительную линию для обеспечения связи между первым конденсатором и вторым конденсатором секции технологической обработки при среднем давлении, предназначенную для подачи водного раствора карбамата, выходящего из первого конденсатора, во второй конденсатор;
соединительную линию для обеспечения связи между аппаратом для диссоциации и вторым конденсатором секции технологической обработки при среднем давлении, предназначенную для подачи паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, из аппарата для диссоциации во второй конденсатор секции технологической обработки при среднем давлении.
Дальнейшие особенности и преимущества способа совмещенного получения мочевины и меламина в соответствии с настоящим изобретением станут более очевидными из приведенного ниже описания предпочтительного примера его осуществления, приведенного в иллюстративных, а не ограничительных целях со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На чертежах показано:
на фиг.1 схематически показана совмещенная установка для получения мочевины и меламина, на которой применяется способ согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 схематически показана совмещенная установка для получения мочевины и меламина, на которой применяется способ согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных примеров осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 схематично показана совмещенная установка для получения мочевины и меламина, в целом обозначенная номером 1, на которой применяется способ согласно настоящему изобретению. Совмещенная установка 1 выполнена в виде установки 40 для получения меламина и установки 10 для получения мочевины.
Согласно настоящему изобретению установка 40 для получения меламина может быть установкой каталитического типа, работающей при низком давлении (до 70 бар), или установкой некаталитического типа, работающей при высоком давлении (свыше 70 бар), при условии, что газы, отходящие от установки для получения меламина, имеют давление по меньшей мере 10 бар (среднее давление). Установка 40 выполнена в виде секции синтеза меламина при низком давлении или при высоком давлении, в целом обозначенной номером 41.
Установка 40 для получения меламина, предпочтительно, но не исключительно, должна быть установкой некаталитического типа, работающей при высоком давлении, отходящие газы которой, являющиеся побочным продуктом технологического процесса синтеза меламина, имеют давление в пределах от 10 до 70 бар, предпочтительно, в пределах от 20 до 30 бар, например, 25 бар. Несомненно, что газы, отходящие от установки для получения меламина, по настоящему изобретению, могут иметь более высокое давление, в зависимости от того давления, при котором получают меламин,
Согласно настоящему изобретению установка 10 для получения мочевины представляет собой установку полностью оборотного типа, выполненную в виде, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, секции 11 синтеза, работающей при заданном высоком давлении (по меньшей мере 120 бар, как правило, примерно, 130-260 бар), секции 16 технологической обработки при среднем давлении (предпочтительно 10-70 бар) и секции 21 извлечения мочевины, работающей при заданном низком давлении (примерно 2-10 бар); при этом упомянутые выше секции 11, 16 и 21 имеют сообщение друг с другом.
Согласно совмещенному способу по настоящему изобретению аммиак N и диоксид углерода С, необходимые для получения мочевины, поступают в соответствующую секцию 11 синтеза. В примере, проиллюстрированном на фиг.1, секция синтеза мочевины включает один реактор R.
В частности, в упомянутом выше примере, аммиак N подают в реактор R через конденсатор 12, а диоксид углерода С, в свою очередь, подают в реактор R через отпарную колонну 13 и конденсатор 12.
Секция 11 синтеза (реактор R), конденсатор 12, отпарная колонна 13, вместе со скруббером 14 (будет описан более подробно ниже), работают по существу при одинаковом высоком давлении, образуя, таким образом, контур синтеза при высоком давлении (контур в.д.) по настоящему изобретению.
В реакторе R или, скорее, в секции 11 синтеза, аммиак и диоксид углерода вступают в реакцию друг с другом при упомянутом выше заданном высоком давлении (например, в пределах от 130 до 170 бар) и при заданной высокой температуре (например, в пределах от 160°С до 200°С). Из реактора R выходит водный раствор, содержащий мочевину, карбамат аммония и аммиак.
Часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R, подвергают частичной декомпрессии по существу стандартным способом, например при помощи клапана 15, и далее направляют в секцию 16 технологической обработки такого водного раствора, работающую при заданном среднем давлении, например, в пределах от 10 до 70 бар, предпочтительно, в пределах от 15 до 30 бар, и еще более предпочтительно, в пределах от 18 до 20 бар.
Для извлечения карбамата аммония и аммиака часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, после соответствующей декомпрессии направляют в аппарат 17 для диссоциации, работающий при среднем давлении секции 16 технологической обработки, где эту часть раствора подвергают диссоциации с получением водного раствора мочевины и паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду. В частности, в аппарате 17 для диссоциации упомянутую выше часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подвергают термической диссоциации.
Полученную упомянутым способом паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, затем направляют на конденсацию в конденсатор 18, работающий при среднем давлении секции 16 технологической обработки и подвергают конденсации способом, который будет подробно описан ниже.
В примере, проиллюстрированном на фиг.1, узел 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении выполнен в виде одного конденсатора 18а.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения совмещенный процесс получения мочевины и меламина, предпочтительно, включает этап подачи водного раствора мочевины, полученного на этапе диссоциации в аппарате 17 для диссоциации секции 16 технологической обработки при среднем давлении, в аппарат 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины, работающей при заданном низком давлении, например, в пределах от 1,5 до 9,5 бар, предпочтительно, в пределах от 3 до 5 бар.
В этих целях водный раствор мочевины, выходящий из аппарата 17 для диссоциации, подвергают соответствующей декомпрессии по существу стандартным способом, например, при помощи клапана 20.
В частности, как показано в предпочтительном примере способа по настоящему изобретению, проиллюстрированном на фиг.1, водный раствор мочевины, выходящий из аппарата 17 для диссоциации секции 16 технологической обработки, направляют непосредственно в аппарат 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины.
Более того, опять же, в соответствии с примером, проиллюстрированным на фиг.1, часть исходного диоксида углерода С предпочтительно направляют в конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
Для этого упомянутую часть исходного диоксида углерода С, направляемого в конденсатор 23, подвергают соответствующей декомпрессии по существу стандартным способом, например, при помощи клапана 30.
В аппарате 22 для разложения, находящемся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении, водный раствор мочевины, поступающий из аппарата 17 для диссоциации секции 16 технологической обработки, работающей при среднем давлении, подвергают разложению с получением концентрированного раствора U мочевины и второй паровой фазы, состоящей из аммиака, диоксида углерода и воды.
Концентрированный раствор U мочевины, в котором концентрация мочевины составляет, например, от 60 до 80 мас.%, выходит из аппарата 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины, и его, предпочтительно, используют по меньшей мере частично, в качестве реагента на установке 40 для получения меламина.
В качестве альтернативного варианта, мочевину направляют в секцию 41 синтеза меламина в виде расплавленной мочевины, выходящей из секции окончательной технологической обработки мочевины (не показана), расположенной после секции 16 извлечения мочевины.
В этих целях концентрированный раствор мочевины, или его часть, направляют по линии 34 в секцию 41 синтеза меламина. Согласно примеру, проиллюстрированному на фиг.1, для синтеза меламина используют не всю мочевину, получаемую на установке 10, и, следовательно, часть концентрированного раствора мочевины направляют на этапы окончательной обработки мочевины (по существу, стандартные, поэтому не показанные) технологического процесса получения мочевины, например, на этапы вакуумного разложения, грануляции или приллирования полученной таким образом расплавленной мочевины.
Для регулирования процесса синтеза меламина в секцию 41, по желанию, можно также направить дополнительный поток аммиака, показанный на фиг.1 линией 42.
Из секции 41 синтеза меламина выходит раствор меламина, который по линии 43 направляют на дальнейшие этапы, например на охлаждение (не показаны), на которых меламин превращают в порошок, после чего он выходит из совмещенной установки 1.
Кроме того, из упомянутой секции 41 по линии 32 выходят отходящие газы, содержащие, главным образом, диоксид углерода и аммиак, также полученные в секции 41 в качестве побочных продуктов синтеза меламина. Как правило, перед выходом из секции 41 отходящие газы подвергают соответствующей промывке (мокрой обработки), не показана, при использовании исходного концентрированного раствора мочевины для удаления жидкого меламина, возможно унесенного такими газами.
В соответствии с еще одним аспектом совмещенного способа по настоящему изобретению вторую паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, полученную в аппарате 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины, направляют конденсатор 23, находящийся в той же самой секции 21 и, предпочтительно, подвергают конденсации с получением оборотного водного раствора карбамата.
Как показано на примере, проиллюстрированном на фиг.1, вторую паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, предпочтительно, подвергают конденсации вместе с исходным углекислым газом С, подаваемым в конденсатор 23.
В конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении, направляют также приемлемое количество водного раствора W карбамата (карбоната) с концентрацией конденсационной воды в пределах от 30 до 80 мас.%, чтобы обеспечить возможность конденсации второй паровой фазы и, соответственно, исходного диоксида углерода С с образованием карбамата аммония.
Водный раствор W карбамата (карбоната), как правило, поступает из секции технологической обработки технологического конденсата и(или) из емкости с аммиачной водой, что по существу является стандартным способом, и, по этой причине, не показанным на фиг.1
Как показано на фиг.1, по настоящему изобретению, оборотный водный раствор карбамата, полученный в конденсаторе 23, находящемся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении, согласно раскрываемому способу, предпочтительно направлять в конденсатор 18а среднего давления секции 16 технологической обработки, для конденсации паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, выходящей из работающего при среднем давлении аппарата 17 для диссоциации, а также газов, отходящих от секции 41 синтеза меламина установки 40 для получения меламина.
В этих целях упомянутые выше отходящие газы направляют в конденсатор 18а секции 16 технологической обработки при среднем давлении по линии 32, а упомянутую выше паровую фазу, выходящую из аппарата 17 для диссоциации, и упомянутый выше оборотный раствор карбамата направляют в конденсатор 18 по линии 31 и, соответственно, по линии 33.
Конденсатор 18а секции 16 технологической обработки при среднем давлении, преимущественно, работает по существу при том же самом давлении, что и давление газов, отходящих от секции 41 синтеза меламина.
Если давление газов, отходящих от секции 41 синтеза меламина, выше давления оборотного водного раствора карбамата, выходящего из секции 16 извлечения мочевины, то упомянутый раствор, преимущественно, подвергают компрессии, пропуская через первую секцию 24 компрессии, до давления упомянутых выше отходящих газов, т.е. до рабочего давления конденсатора 18 секции 16 технологической обработки при среднем давлении.
Согласно не представленному здесь альтернативному примеру осуществления способа по настоящему изобретению этап конденсации в конденсаторе 18а, находящемся в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, имеет двойной эффект, при котором теплоту конденсации, вместо ее рассеяния в охлаждающей текучей среде (как правило, в охлаждающей воде), преимущественно используют для дальнейшего повышения концентрации концентрированного раствора U мочевины, выходящего из аппарата 22 для разложения секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
В этом случае теплота конденсации, высвобождающаяся в процессе конденсации паровой фазы, передается при вспомогательном теплообмене концентрированному раствору мочевины, способствуя разложению и последующему отделению части карбамата аммония, аммиака и воды, все еще присутствующих в упомянутом растворе, и дальнейшему повышению концентрации содержащейся в нем мочевины.
Согласно примеру, проиллюстрированному на фиг.1, концентрированный водный раствор карбамата, выходящий из конденсатора 18а, подвергают соответствующей компрессии во второй секции 19 компрессии по существу стандартным способом, а затем через скруббер 14 и конденсатор 12 высокого давления направляют на повторный цикл в реактор R секции 11 синтеза мочевины при высоком давлении.
Согласно не представленному здесь альтернативному примеру осуществления способа по настоящему изобретению по меньшей мере часть водного раствора карбамата, выходящего из конденсатора 18а среднего давления, направляют, после соответствующей компрессии непосредственно в конденсатор 12 высокого давления и далее - в реактор R.
Оставшуюся часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящую из реактора R и не направляемую в секцию 16 технологической обработки при среднем давлении, согласно настоящему способу направляют на этап извлечения карбамата аммония и аммиака, все еще присутствующих в таком растворе, в контуре высокого давления.
В частности, оставшуюся часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R секции 11 синтеза, направляют в отпарную колонну 13 высокого давления, в которой эту часть раствора подвергают разложению и отпарке в присутствии исходного диоксида углерода С. Полученные таким образом аммиак и диоксид углерода затем подвергают повторной конденсации (частичной) в конденсаторе 12 высокого давления и в виде карбамата аммония направляют на повторный цикл в реактор R секции 11 синтеза мочевины.
Конденсация аммиака и диоксида углерода, выходящих из отпарной колонны 13, в конденсаторе 12, работающем при высоком давлении, происходит за счет абсорбции упомянутых выше газов в присутствии исходного аммиака N (жидкость) и водного раствора карбамата, поступающего в приемлемо сжатом виде из конденсатора 18 секции 16 технологической обработки при среднем давлении через скруббер 14.
2
Водный раствор, содержащий мочевину, карбамат аммония и аммиак, полученный в отпарной колонне 13, после прохождения упомянутых выше этапов разложения и отпарки в присутствии СO, подвергают соответствующей декомпрессии по существу стандартным способом, например при помощи клапана 25, до рабочего давления секции 21 извлечения мочевины и далее направляют в аппарат 22 для разложения, работающий при низком давлении, находящийся в этой же секции 21. Здесь упомянутый выше раствор подвергают разложению вместе с упомянутым выше водным раствором мочевины, поступающим из аппарата 17 для диссоциации секции 16 технологической обработки при среднем давлении с получением концентрированного раствора U мочевины и второй паровой фазы, состоящей из аммиака, диоксида углерода и воды, как было описано выше.
Не вступившие в реакцию диоксид углерода, аммиак и вода, находящиеся в паровой фазе, присутствующей в секции 11 синтеза мочевины, или, скорее, в реакторе R, выходят из последнего и поступают в скруббер 14 высокого давления. Эти пары, как правило, содержат также инертные газы (например, воздух), присутствующие в исходном углекислом газе С.
В скруббере 14 упомянутые выше пары подвергают мокрой обработке водным раствором карбамата, поступающим, после соответствующего сжатия, из конденсатора 18а секции 16 технологической обработки при среднем давлении для извлечения присутствующих в них диоксида углерода и аммиака и отделения инертных газов. Отделенные таким образом инертные газы выпускают в атмосферу по существу стандартным способом, кроме того, предусмотрев приемлемую декомпрессию этих газов, например, при помощи клапана 26. В качестве альтернативного варианта, такие инертные газы могут быть направлены на повторный цикл для использования в других секциях установки 10 (не представлены). С другой стороны, диоксид углерода и аммиак, адсорбированные в водном растворе карбамата, выходящем из конденсатора 18, направляют через конденсатор 12 высокого давления на повторный цикл в секцию 11 синтеза мочевины или, скорее, в реактор R.
На фиг.2 показана совмещенная установка для получения мочевины и меламина, в целом обозначенная номером 110, на которой применяется способ согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения.
На совмещенной установке 110, элементам, которые конструктивно или функционально эквивалентны соответствующим элементам совмещенной установки 1, описанной выше, присвоены те же самые номера, и, для краткости, описание таких элементов далее не приводится.
Совмещенная установка 110 отличается от установки 1, описанной выше, тем, что узел 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении установки 10 для получения мочевины вместо одного конденсатора выполнен в виде первого конденсатора 18b и второго конденсатора 50, имеющих сообщение друг с другом.
Кроме того, в первый конденсатор 18b секции 16 технологической обработки при среднем давлении по линии 32 поступают газы, отходящие от секции 41 синтеза установки для получения меламина, а по линии 33 - оборотный раствор карбамата, выходящий из конденсатора 23 секции 21 извлечения мочевины, в то время как паровая фаза, выходящая из аппарата 17 для диссоциации, поступает по линии 31 во второй конденсатор 50 секции 16 технологической обработки при среднем давлении.
Во втором конденсаторе 50 упомянутую выше паровую фазу подвергают конденсации в присутствии упомянутого выше концентрированного водного раствора карбамата, полученного на этапе конденсации газов, отходящих от первого конденсатора 18b, откуда концентрированный раствор карбамата поступает во второй конденсатор по линии 51.
Таким образом, из второго конденсатора 50 выходит еще более концентрированный раствор карбамата, который направляют на повторный цикл в секцию 11 синтеза мочевины способом, который был описан выше, для совмещенной установки 1.
На совмещенной установке 110 этап конденсации в конденсаторе 18b секции 16 технологической обработки при среднем давлении, преимущественно, характеризуется двойным эффектом, при котором теплоту конденсации вместо ее рассеяния в охлаждающей среде (обычно, в охлаждающей воде), преимущественно, используют для дальнейшего повышения концентрации концентрированного раствора U мочевины в аппарате 22 для разложения секции извлечения мочевины при низком давлении.
На совмещенных установках, описанных выше, линии потоков, показанные на фиг.1 и 2 и обозначенные номерами 27-29, 31-34, 39, 42, 43 и 51, являются схематичным изображением по существу стандартных соединительных трубопроводов и(или) труб.
В частности, согласно способу по настоящему изобретению высокие результаты были получены при подаче исходного диоксида углерода С в количестве от 1 до 5 мас.%, более предпочтительно, в количестве от 2 до 3 мас.% от общего количества исходного диоксида углерода С, подаваемого на установку 10, в конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
Кроме того, часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, направляемая в секцию 16 технологической обработки при среднем давлении, составляет от 10 до 50 мас.%, более предпочтительно, от 10 до 25 мас.% от водного раствора, выходящего из секции 11 синтеза мочевины.
Описанные выше конструкционные особенности установок 1 и 110 для совмещенного получения мочевины и меламина в соответствии с настоящим изобретением станут более понятными со ссылкой на прилагаемые чертежи 1 и 2.
По настоящему изобретению каждая из совмещенных установок 1 и 110 выполнена в виде установки 10 для получения мочевины, состоящей из секции 11 синтеза мочевины при высоком давлении, секции 16 технологической обработки при среднем давлении части раствора мочевины, полученного в секции 11, включающей аппарат 17 для диссоциации и узел 18 конденсации, и секции 21 извлечения мочевины при низком давлении, включающей аппарат 22 для разложения и конденсатор 23; при этом секции 11, 16 и 21 имеют сообщение друг с другом; и в виде установки 40 для получения меламина, состоящей из секции 41 синтеза меламина, отходящие газы которой, являющиеся побочными продуктами технологического процесса синтеза меламина, отходят от установки 40 при давлении по меньшей мере 2 бара и поступают на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении.
Установки 1 и 110 далее предусматривают:
соединительную линию 32 между секцией 41 синтеза меламина и узлом 18 конденсации секции технологической обработки при среднем давлении для подачи упомянутых газов, отходящих от секции 41 синтеза меламина, в узел 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении;
соединительную линию 33 между конденсатором 23 секции 21 извлечения мочевины и узлом 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении, для подачи упомянутого оборотного карбамата аммония, выходящего из конденсатора 23 секции 21 извлечения мочевины, в узел 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении; и
соединительную линию 29 между аппаратом 17 для диссоциации секции технологической обработки при среднем давлении и аппаратом 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении для подачи водного раствора мочевины, полученного на этапе диссоциации в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, в аппарат 22 для разложения секции извлечения мочевины.
По одному из примеров настоящего изобретения указанный узел конденсации секции технологической обработки при среднем давлении выполнен в виде одного конденсатора.
Установки 1 и 110 далее включают соединительную линию 31 между аппаратом 17 для диссоциации и узлом 18 конденсации секции 1 6 технологической обработки при среднем давлении для подачи паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, из аппарата 17 для диссоциации, в конденсатор 18 секции технологической обработки при среднем давлении.
На установках 1 и 110 упомянутые выше соединительные линии по существу выполнены в виде стандартных соединительных трубопроводов и(или) труб.
Установки 1 и 110 далее выполнены в виде первой секции 24 компрессии, расположенной с сообщением между конденсатором 23 секции 23 извлечения мочевины и узлом 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении для компрессии оборотного раствора карбамата, выходящего из упомянутого выше конденсатора 23 секции 23 извлечения мочевины, до давления, соответствующего рабочему давлению упомянутого выше узла 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении, а также в виде второй секции 19 компрессии, расположенной с сообщением между узлом 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении и упомянутой секцией 11 синтеза мочевины при высоком давлении для компрессии концентрированного раствора карбамата, выходящего с узла 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении, до давления, соответствующего рабочему давлению секции 11 синтеза мочевины при высоком давлении.
На установках 1 и 110 упомянутые первая секция 24 компрессии (сжатия/нагнетания) и вторая секция 19 компрессии выполнены по существу в виде по меньшей мере стандартного насоса.
В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения (совмещенная установка по фиг.1) узел 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении выполнен в виде одного конденсатора 18а.
В соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения (совмещенная установка 110 по фиг.2) узел 18 конденсации секции 16 технологической обработки при среднем давлении выполнен в виде первого конденсатора 18b и второго конденсатора 50. Кроме того, совмещенная установка 110 включает:
соединительную линию 32 между секцией 41 синтеза меламина и первым конденсатором 18а секции 16 технологической обработки при среднем давлении для подачи упомянутых выше газов, отходящих от секции 41 синтеза меламина, в первый конденсатор 18а секции 16 технологической обработки при среднем давлении;
соединительную линию 33 между конденсатором 23 секции 21 извлечения мочевины и первым конденсатором 18b секции технологической обработки при среднем давлении для подачи оборотного водного раствора карбамата аммония, выходящего из конденсатора 23 секции 21 извлечения мочевины, в первый конденсатор 18b секции 16 технологической обработки при среднем давлении;
соединительную линию 51 между первым конденсатором 18b и вторым конденсатором 50 секции 16 технологической обработки при среднем давлении для подачи водного раствора карбамата, выходящего из первого конденсатора 18b, во второй конденсатор 50; и
соединительную линию между аппаратом 17 для дисоциации и конденсатором 50 секции 16 технологической обработки при среднем давлении для подачи паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, из аппарата 17 для диссоциации во второй конденсатор 50 секции технологической обработки при среднем давлении.
Кроме того, по настоящему изобретению, совмещенные установки 1 и 100 включают соединительную линию 39 между упомянутым одним конденсатором 18 или вторым конденсатором 50, находящимися в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, и секцией 11 синтеза мочевины для подачи раствора карбамата, выходящего из упомянутого одного конденсатора 18 или второго конденсатора 50, в секцию 11 синтеза мочевины, а также соединительную линию 27 для подачи исходного диоксида углерода С в конденсатор 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
На установке 1 по фиг.1 один конденсатор 18а секции 16 технологической обработки при среднем давлении, предпочтительно, включает стандартный трубный пучок, обеспечивающий сообщение по трубному пространству с концентрированным раствором U мочевины, выходящим из аппарата 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины при низком давлении, а по межтрубному пространству - с паровой фазой, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, выходящей из аппарата 17 для диссоциации секции 16 технологической обработки при среднем давлении, с газами, отходящими от секции 41 синтеза меламина, а также с оборотным водным раствором карбамата, выходящим из конденсатора 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
На установке 110 по фиг.2, первый конденсатор 18b секции 16 технологической обработки при среднем давлении, предпочтительно, включает стандартный трубный пучок, обеспечивающий сообщение по трубному пространству с концентрированным раствором U мочевины, выходящим из аппарата 22 для разложения секции 21 извлечения мочевины при низком давлении, а по межтрубному пространству - с газами, отходящими от секции 41 синтеза меламина, а также с оборотным водным раствором карбамата, выходящим из конденсатора 23 секции 21 извлечения мочевины при низком давлении.
Из предшествующего описания ясно видно, что способ совмещенного получения мочевины и меламина по настоящему изобретению решает упомянутую выше техническую задачу и имеет многочисленные преимущества, первое из которых связано с тем, что в контуре в.д. возможно достижение высокой общей степени конверсии, в частности, в секции синтеза мочевины, например, в пределах от 58 до 62 мас.%; даже в случае реконструкции существующих совмещенных установок высокой мощности, на которых, например на установке для получения мочевины, можно получить от 3000 до 4500 метрических тонн мочевины в сутки.
Другое преимущество связано с тем, что в секцию синтеза на установке для получения мочевины поступает более концентрированный оборотный водный раствор карбамата с достижением более высокой степени конверсии мочевины при одновременном более низком энергопотреблении, что обусловлено тем, что конденсация отходящих газов происходит при использовании небольшого количества воды, уже содержащейся в оборотном водном растворе карбамата, полученном в секции извлечения мочевины установки для получения мочевины, который, в любом случае, направляют на повторный цикл в секцию синтеза мочевины при высоком давлении установки для получения мочевины.
Еще одно преимущество связано с тем, что, благодаря настоящему изобретению, и, в частности, высокой степени конверсии, можно снизить энергопотребление в контуре синтеза при высоком давлении, а также в секции извлечения мочевины при низком давлении по сравнению со способами, предлагаемыми предшествующим уровнем техники. Из этого следует, что при том же самом энергопотреблении и тех же самых размерах аппаратов, из которых выполнена установка для получения мочевины, способ по настоящему изобретению позволяет эксплуатировать такие установки с более высокой производственной мощностью по сравнению с другими способами, предлагаемыми предшествующим уровнем техники. Другими словами, при той же самой производственной мощности установка, на которой применяется способ по настоящему изобретению, имеет меньшие размеры и, следовательно, является более экономически эффективной и имеет более низкие эксплуатационные издержки по сравнению с установками аналогичной производственной мощности, на которых применяются способы, предлагаемые предшествующим уровнем техники.
Кроме того, практическая реализация упомянутого способа является достаточно простой, надежной и не требующей значительных капиталовложений.
Среди многочисленных преимуществ, предлагаемых настоящим изобретением, важно отметить возможность реконструкции действующих совмещенных установок для получения мочевины и меламина, например, в целях наращения производственной мощности и степени конверсии на установке для получения мочевины, на которой применяется способ по настоящему изобретению.
Естественно, что специалисты в данной области техники могут разработать многочисленные модификации и варианты описанного выше способа получения мочевины, чтобы он отвечал их конкретным условиям и требованиям, в пределах объема настоящего изобретения, в соответствии с приведенной ниже формулой изобретения.