СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING UREA AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в своем главном аспекте, относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, вступающих в реакцию при заданном высоком давлении, в соответствующей секции синтеза.
В частности, настоящее изобретение относится к способу упомянутого выше типа, в котором продукт взаимодействия аммиака/диоксида углерода, состоящий, главным образом, из водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, направляют на этап извлечения карбамата аммония и аммиака, протекающий при высоком давлении, которые далее направляют обратно в секцию синтеза, в то время как водный раствор, содержащий мочевину, направляют в секцию извлечения мочевины, работающую при заданном низком давлении, для получения мочевины с минимальным возможным содержанием остаточных аммиака и диоксида углерода.
2
В частности, настоящее изобретение относится к способу рассматриваемого типа, в котором упомянутое выше извлечение карбамата и аммиака включает этапы разложения карбамата и отпарки, предпочтительно в присутствии газообразного реагента (в частности СО), полученных таким образом аммиака и диоксида углерода, в соответствующей секции отпарки, с последующей повторной конденсацией в соответствующей секции конденсации упомянутых аммиака и диоксида углерода с получением карбамата, который снова направляют в секцию синтеза; и в котором все упомянутые выше этапы, включая реакцию синтеза мочевины, проводят при по существу одинаковом высоком давлении (например, 135-175 бар) в замкнутом контуре, получившем в данной области техники название "контура высокого давления" или "контура синтеза при высоком давлении" (контура в.д.).
Настоящее изобретение также относится к установке, на которой применяют упомянутый выше способ.
Предшествующий уровень техники
Способы получения мочевины на промышленных установках, на которых применяются технологические процессы упомянутого выше типа, хорошо известны.
Также хорошо известна потребность в наращении производственной мощности таких установок по сравнению с их проектной мощностью, на которую эти установки были первоначально запроектированы, чтобы отвечать все растущим потребностям в синтезе мочевины.
В этих целях в данной области техники были предложены различные способы, предусматривающие этап технологической обработки при среднем давлении (10-40 бар) части водного раствора, содержащего мочевину, поступающего из секции синтеза, для извлечения содержащихся в нем карбамата аммония и аммиака.
2
2
В частности, такая секция технологической обработки при среднем давлении включает этап диссоциации, за которым следует этап отпарки, в присутствии CO, водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, и последующий этап конденсации полученных таким образом паров (аммиак, CO и вода), с добавлением исходного аммиака и водного раствора карбамата (карбоната) из секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении. Водный раствор карбамата, полученный на этапе конденсации при среднем давлении, затем возвращают обратно в контур синтеза при высоком давлении (контур в.д.).
Способ такого типа описан, например, в публикации WO-A-02909323 или еще в публикации NL-A-8900152.
2
В то время, как эти способы позволяют выполнить упомянутое выше требование по меньшей мере частично, было установлено, что способы получения мочевины упомянутого выше типа имеют недостатки, связанные с потребностью в использовании дополнительных количеств конденсационной воды, необходимой для конденсации исходного CO, используемого в качестве отпаривающего агента на этапе отпарки при среднем давлении, а также исходного аммиака, добавляемого на этапе конденсации при среднем давлении.
Такая потребность в дополнительном количестве конденсационной воды отрицательно сказывается на степени конверсии в секции синтеза мочевины, а следовательно, и на эффективности энергопотребления такой секции, а также на эффективности энергопотребления секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
Краткое изложение сущности изобретения
Соответственно, техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в разработке и реализации способа получения мочевины рассмотренного выше типа, который бы гарантировал достижение запланированной высокой производственной мощности установки при одновременной высокой степени конверсии диоксида углерода с получением мочевины, осуществляемое экономически эффективным способом и при низком энергопотреблении, а также преодоление упомянутых выше недостатков, известных из предшествующего уровня техники.
В соответствии с настоящим изобретением эта задача решена способом получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, состоящим из следующих этапов:
подача аммиака и диоксида углерода в секцию синтеза мочевины, работающую при заданном высоком давлении,
вступление аммиака и диоксида углерода в реакцию в секции синтеза с получением водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак,
подача первой части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в секцию технологической обработки, работающую при заданном среднем давлении, для извлечения карбамата аммония и аммиака, содержащихся в этом растворе,
подвергание первой части указанного водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, диссоциации в секции технологической обработки, с получением водного раствора мочевины и паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду,
подвергание указанной паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, конденсации в секции технологической обработки, с получением водного раствора карбамата аммония,
направление водного раствора карбамата аммония на повторный цикл в упомянутую выше секцию синтеза мочевины,
отличающийся тем, что он также включает этапы:
подача водного раствора мочевины, полученного на этапе диссоциации в секции технологической обработки, в аппарат для разложения, находящийся в секции извлечения мочевины, работающей при заданном низком давлении,
подвергание 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 второй паровой фазы конденсации в конденсаторе, находящемся в упомянутой секции извлечения мочевины и сообщающемся с упомянутым выше аппаратом для разложения, с получением первого оборотного водного раствора карбамата аммония,
подвергание второй части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, отпарке с нагревом в отпарном узле (аппарате) в основном при заданном высоком давлении, с получением второго водного раствора мочевины и третьей паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, при этом упомянутый нагрев обеспечивается за счет непрямого теплообмена с потоком пара, который, конденсируясь, образует конденсированный пар,
использование по меньшей мере части конденсированного пара в качестве теплоносителя для осуществления диссоциации первой части водного раствора, содержащего мочевину, карбонат аммония и аммиак, в упомянутом узле для диссоциации, находящемся в секции технологической обработки при среднем давлении.
Пар, используемый для обеспечения нагрева (ввода тепла), и конденсированный пар предпочтительно имеют температуру между 200 и 235°С и давление в пределах от 15 до 30 бар, в частности между 15 и 20 бар.
Указанная по меньшей мере часть конденсированного пара, используемая на этапе диссоциации при среднем давлении, предпочтительно составляет от 80 до 100% от всего количества конденсированного пара, полученного в отпарном узле при высоком давлении за счет непрямого теплообмена.
Этап отпарки, включая нагрев упомянутого водного раствора, включающего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в отпарном узле при высоком давлении предпочтительно осуществляется также в присутствии диоксида углерода, подаваемого в качестве отпаривающего агента.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно включает также следующие этапы:
конденсацию упомянутой выше третьей паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, полученной в отпарном узле, в узле конденсации при упомянутом заданном высоком давлении, с получением второго оборотного водного раствора карбамата аммония;
подачу упомянутого второго водного раствора мочевины, полученного в отпарном узле, в аппарат для разложения секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
В соответствии с одним из примеров осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа узел конденсации при высоком давлении состоит из конденсатора погружного типа, и упомянутая выше конденсация происходит в упомянутом конденсаторе за счет контактирования упомянутой третьей паровой фазы с оборотным водным раствором карбамата аммония и, по желанию, с жидким аммиаком, и рекуперации теплоты конденсации, полученной за счет непрямого теплообмена, с образованием пара.
Под термином "конденсатор погружного типа" следует понимать тип конденсатора, выполненного в виде теплообменника с трубным пучком, по существу стандартного, в котором газовая фаза, подлежащая конденсации, а также, по желанию, раствор карбамата аммиака протекают в трубном пространстве, в то время как средство для непрямого теплообмена, например вода, протекает в межтрубном пространстве. Теплота, отдаваемая раствором в результате конденсации, отводится при помощи средства, протекающего в межтрубном пространстве, которое, вследствие теплообмена, превращается в пар.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения пар, образующийся в упомянутом выше конденсаторе, находящемся в узле конденсации при высоком давлении, используют параллельно с по меньшей мере частью упомянутого выше конденсированного пара в качестве теплоносителя для диссоциации упомянутой выше первой части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, в упомянутом выше узле диссоциации, находящемся в упомянутой выше секции технологической обработки при среднем давлении.
Упомянутый выше пар, образующийся в конденсаторе, находящемся в узле конденсации при высоком давлении, предпочтительно имеет температуру в пределах от 135 до 165°С и давление - в пределах от 3 до 7 бар.
Способ, раскрываемый в настоящем изобретении, предпочтительно включает также следующие этапы:
подачу диоксида углерода в упомянутый выше конденсатор, находящийся в упомянутой выше секции извлечения мочевины;
конденсацию упомянутого выше диоксида углерода с упомянутой выше второй паровой фазой в конденсаторе, находящемся в упомянутой выше секции извлечения мочевины, с получением оборотного водного раствора карбамата аммония.
В этом отношении особо успешные результаты были получены при подаче диоксида углерода в количестве от 1 до 10 масс. % от общего количества диоксида углерода, подаваемого в упомянутый выше конденсатор, находящийся в упомянутой выше секции извлечения мочевины.
Упомянутая выше первая часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, направляемого в упомянутую выше секцию технологической обработки, работающую при среднем давлении, предпочтительно составляет от 10 до 50 масс.% от упомянутого выше водного раствора, включающего мочевину, карбамат аммония и аммиак, полученного в упомянутой выше секции синтеза.
И, опять же, предпочтительно, что упомянутое выше среднее давление секции технологической обработки находится в пределах от 10 до 70 бар.
В соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения упомянутый выше оборотный водный раствор карбамата аммония, полученный в упомянутом выше конденсаторе, находящемся в секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении, поступает на упомянутый выше этап конденсации паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, в упомянутую секцию технологической обработки при среднем давлении.
Благодаря упомянутому выше этапу конденсации паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, осуществляемому в упомянутой выше секции технологической обработки при среднем давлении, достигается двойной эффект.
Благодаря способу по настоящему раскрытию предмета изобретения, становится возможным достижение высокой производственной мощности с высоким выходом продукции, при одновременном значительном сокращении энергопотребления.
Что касается энергопотребления, то значительное преимущество может быть получено благодаря использованию по меньшей мере части конденсированного пара, получаемого за счет непрямого теплообмена в отпарном узле, работающем при высоком давлении, для диссоциации части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подаваемого на узел диссоциации, находящийся в секции технологической обработки при среднем давлении.
В этой связи следует заметить, что конденсированный пар, отходящий от узла отпарки, работающего при высоком давлении, имеет относительно высокие температуру и давление (высокий тепловой уровень), позволяющие эффективно использовать его в качестве теплоносителя для водного раствора, содержащего мочевину, карбамат и аммиак, подлежащего диссоциации в секции технологической обработки при среднем давлении.
Следовательно, возможна рекуперация большей части теплоты конденсированного пара, в результате чего происходит значительное снижение потребляемой энергии, необходимой для синтеза мочевины.
Более того, в соответствии с альтернативным примером раскрытия настоящего предмета изобретения пар с высокими температурой и давлением (высокий тепловой уровень), образующийся в упомянутом выше конденсаторе, может быть успешно использован, параллельно с частью конденсированного пара, получаемого в отпарном узле при высоком давлении, для выполнения этапа диссоциации в секции технологической обработки при среднем давлении. Следовательно, высокое теплосодержание оставшейся части конденсированного пара может быть эффективно использовано для других целей, в частности в других секциях установки для получения мочевины, гарантируя, таким образом, преимущества от рекуперации энергии и дальнейшего снижения энергопотребления,
Благодаря предлагаемому в настоящем изобретении способу, было установлено, что количество конденсационной воды (в абсолютном значении), необходимой для возврата непрореагировавших аммиака и диоксида углерода в виде карбамата аммония обратно в секцию синтеза, будет гораздо меньше по сравнению с количеством конденсационной воды (в абсолютном значении), необходимого для осуществления подобного возврата при использовании других способов, известных из предшествующего уровня техники, в которых в секцию технологической обработки, работающую при среднем давлении, подают исходные диоксид углерода и аммиак.
Это обусловлено тем, что при аналогичной мощности установки для получения мочевины, согласно предлагаемому в настоящем изобретении способу количество аммиака и диоксида углерода, подлежащих возврату в секцию синтеза в виде карбамата аммония, значительно меньше по сравнению с другими способами, известными из предшествующего уровня техники.
Из этого следует, что имеет место значительное повышение степени конверсии в секции синтеза мочевины, а также общего выхода продукции в контуре в.д., что означает большое преимущество с точки зрения повышения эффективности производства и снижения энергопотребления на установке, на которой применяется способ согласно настоящему раскрытию предмета изобретения.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения упомянутая выше техническая задача может быть решена на установке, на которой применяется способ, согласно настоящему раскрытию предмета изобретения состоящей из работающей при высоком давлении секции синтеза мочевины; работающей при среднем давлении секции технологической обработки первой части раствора мочевины, полученного в упомянутой выше секции синтеза, включающей диссоциатор (узел для диссоциации) и конденсатор; работающего при высоком давлении узла отпарки второй части раствора, полученного в упомянутой выше секции синтеза и работающей при низком давлении секции извлечения мочевины, включающей аппарат для разложения и конденсатор; при этом упомянутые выше секции сообщаются друг с другом; и отличающейся тем, что упомянутая установка включает соединительный трубопровод между упомянутым выше диссоциатором, находящимся в секции технологической обработки при среднем давлении, и упомянутым выше аппаратом для разложения, находящимся в секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении, а также тем, что упомянутая установка включает соединительный трубопровод между упомянутым узлом отпарки при высоком давлении и упомянутым диссоциатором, находящимся в секции технологической обработки при среднем давлении, для подачи конденсированного пара, отходящего от упомянутого узла отпарки, в упомянутый диссоциатор.
В соответствии с настоящим изобретением установка для получения мочевины, на которой применяется упомянутый выше способ, может быть совершенно новой установкой или же действующей установкой, модифицированной в целях наращения ее мощности.
В последнем примере в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения показан способ реконструкции существующей установки для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, состоящей из работающей при высоком давлении секции синтеза мочевины, работающего при высоком давлении узла отпарки раствора мочевины, полученного в упомянутой выше секции синтеза, и работающей при низком давлении секции извлечения мочевины, включающей аппарат для разложения и конденсатор, причем эти секции сообщаются друг с другом, отличающийся тем, что включает следующие этапы:
наличие работающей при среднем давлении секции технологической обработки первой части раствора мочевины, полученного в упомянутой выше секции синтеза, включающей диссоциатор и конденсатор, при этом упомянутая выше секция технологической обработки, работающая при среднем давлении, имеет сообщение с упомянутой выше секцией синтеза мочевины, работающей при высоком давлении, и, соответственно, с секцией извлечения мочевины, работающей при низком давлении;
наличие соединительного трубопровода между упомянутым выше аппаратом диссоциации, находящимся в секции технологической обработки при среднем давлении, и упомянутым выше аппаратом для разложения, находящимся в секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении; и
наличие соединительного трубопровода между упомянутым выше узлом отпарки при высоком давлении и упомянутым диссоциатором, находящимся в секции технологической обработки, работающей при среднем давлении, для подачи конденсированного пара, выходящего из упомянутого выше узла отпарки, в упомянутый выше аппарат диссоциации.
Дальнейшие особенности и преимущества способа получения мочевины 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
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 схематически показана установка для получения мочевины, на которой выполняется способ, согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 схематически показана установка для получения мочевины, на которой выполняется способ, согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 показана установка для получения мочевины, в целом обозначенная номером 10, на которой выполняется способ согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с упомянутым выше способом получения мочевины аммиак N и диоксид углерода С подают в соответствующую секцию 11 синтеза, В примере, показанном на фиг.1, секция синтеза мочевины включает один реактор R.
В частности, согласно упомянутому выше примеру аммиак N поступает в реактор R через конденсатор 12, а диоксид углерода С, в свою очередь, поступает в реактор R через отпарную колонну 13 и конденсатор 12.
Секция 11 синтеза (реактор R), узел конденсации (конденсатор 12), отпарной узел (отпарная колонна 13), вместе со скруббером 14 (более подробное описание которого будет дано ниже), все работают, по существу, при одинаковом высоком давлении, образуя, таким образом, контур синтеза при высоком давлении (контур в.д.) согласно предлагаемому в настоящем изобретении способу.
В реакторе R или, скорее, в секции 11 синтеза аммиак и диоксид углерода вступают в реакцию друг с другом при упомянутых заданном высоком давлении (например, в пределах от 130 до 170 бар) и высокой температуре (например, в пределах от 160 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 25 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 диссоциации, работающий при среднем давлении и находящийся в 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 диссоциаторе 17 упомянутую выше часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, подвергают термической диссоциации.
Полученную таким образом паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, затем направляют на конденсацию в конденсатор 18, работающий при среднем давлении и находящийся в секции 16 технологической обработки. В конденсаторе 18 получают водный раствор карбоната аммония, который выходит из конденсатора 18 и далее направляется на повторный цикл в секцию 11 синтеза мочевины (ректор R).
В примере, представленном на фиг.1, водный раствор карбоната, выходящий из конденсатора 18, работающего при среднем давлении, подвергают соответствующей компрессии (сжатию), по существу, стандартным способом, например при помощи насоса 19, после чего направляют на повторный цикл в реактор R секции 11 синтеза мочевины, работающей при высоком давлении, через скруббер 14 и конденсатор 12 высокого давления.
Согласно альтернативному, не представленному здесь примеру осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа по меньшей мере часть водного раствора карбамата, выходящего из конденсатора 18, работающего при среднем давлении, после соответствующей компрессии, направляют непосредственно в конденсатор 12 высокого давления и далее - в реактор R.
Оставшаяся часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R и ненаправляемого в отделение 16 технологической обработки при среднем давлении, поступает на этап извлечения карбамата аммония и аммиака, содержащихся в таком растворе, в контур синтеза при высоком давлении, согласно предлагаемому в настоящем изобретении способу.
2
2
В частности, в соответствии с примером по фиг.1 оставшуюся часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R секции 11 синтеза, направляют в отпарную колонну 13 узла отпарки, работающего при высоком давлении, в которой эту часть водного раствора подвергают разложению и отпарке в присутствии СО и при нагреве. Такой нагрев обеспечивается за счет непрямого теплообмена с потоком пара S, имеющего высокие температуру и давление (например, 211-223°С и 20-25 бар). Для обеспечения CO, подаваемого в качестве отпаривающего агента, используют исходный диоксид углерода С.
В соответствии с настоящим изобретением способ получения мочевины предпочтительно предусматривает, чтобы по меньшей мере часть конденсированного пара SC, выходящего из отпарной колонны 13, направлялась по трубопроводу 32 в диссоциатор 17. В диссоциаторе 17 конденсированный пар SC, имеющий относительно высокие температуру и давление (высокий тепловой уровень, например, 211-223°С и 20-25 бар), предпочтительно используют для обеспечения теплоты, необходимой для диссоциации части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R и направляемого в диссоциатор 17.
Предлагаемый в настоящем изобретении способ также включает дальнейший этап подачи водного раствора мочевины, полученного на этапе диссоциации в работающем при среднем давлении диссоциаторе 17, находящемся в секции 16 технологической обработки, в аппарат 22 для разложения, находящийся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при установленном 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 диссоциатора 17, подвергают соответствующей декомпрессии (снижению давления), по существу, стандартным способом, например при помощи клапана 20.
В частности, как показано в предпочтительном примере предлагаемого в настоящем изобретении способа, проиллюстрированном на фиг.1, водный раствор мочевины, выходящий из диссоциатора 17, находящегося в секции 16 технологической обработки, направляют непосредственно в аппарат 22 для разложения, находящийся в 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, находящийся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
В этих целях 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 диссоциатора 17, находящегося в секции 16 технологической обработки 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 масс.%, предпочтительно выходит из аппарата 22 для разложения, находящегося в секции 21 извлечения мочевины, для его направления на окончательные этапы технологической обработки мочевины (по существу, стандартные, поэтому не представленные в настоящем раскрытии изобретения) согласно настоящему способу получения мочевины, например на этап вакуумного разложения и на этап гранулирования или приллирования полученной на предшествующих этапах мочевины.
С другой стороны, вторую паровую фазу, содержащую аммиак, диоксид углерода и воду, полученную в аппарате 22 для разложения, находящемся в секции 21 извлечения мочевины, направляют в конденсатор 23, находящийся в той же самой секции 21, и, преимущественно, 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 подвергать конденсации вместе с исходным углекислым газом С, подаваемым в упомянутый конденсатор 23.
В конденсатор 23, находящийся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении, направляют также приемлемое количество водного раствора карбамата (карбоната) с концентрацией конденсационной воды в пределах от 30 до 80 масс.%, чтобы обеспечить возможность конденсации второй паровой фазы и, соответственно, исходного диоксида углерода С, с образованием карбамата аммония.
Водный раствор W карбамата (карбоната), как правило, подают из секции технологической обработки технологического конденсата и(или) из емкости с аммиачной водой, что, по существу, является стандартным способом и по этой причине не представленным в настоящем раскрытии изобретения.
Как показано на фиг.1, в соответствии с предлагаемым в настоящем изобретении способом оборотный водный раствор карбамата, полученный в конденсаторе 23, находящемся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении, предпочтительно направлять в конденсатор 18 среднего давления, находящийся в секции 16 технологической обработки, для абсорбции (конденсации) паровой фазы, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, выходящей из работающего при среднем давлении диссоциатора 17.
В этом случае этап компрессии оборотного водного раствора карбамата, выходящего из конденсатора 23, до рабочего давления секции 16 технологической обработки, также предусмотрен, по существу, стандартным способом, например при использовании насоса 24.
Согласно не представленному здесь альтернативному примеру осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа этап конденсации в конденсаторе 18, находящемся в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, имеет две ступени, которых теплоту конденсации, вместо ее передачи охлаждающей текучей среде (как правило, охлаждающей воде), преимущественно используют для дальнейшего повышения концентрации концентрированного раствора U мочевины, выходящего из аппарата 22 для разложения, находящегося в секции извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
В этом случае теплота конденсации, высвобождающаяся в процессе конденсации паровой фазы, передается при вспомогательном теплообмене концентрированному раствору U мочевины, способствуя разложению и, следовательно, отделению части карбамата аммония, аммиака и воды, все еще присутствующих в упомянутом растворе, и дальнейшему повышению концентрации содержащейся в нем мочевины.
Поступившие на повторный цикл в отпарную колонну 13 отпарного узла высокого давления аммиак и диоксид углерода, полученные в результате отпарки оставшейся части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R, подвергают повторной конденсации с образованием карбамата аммония в конденсаторе 12, находящемся в узле конденсации при высоком давлении, и направлению на повторный цикл, в виде карбамата аммония, в реактор R, находящийся в 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 после соответствующей компрессии из конденсатора 18, находящегося в 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 СО, 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 диссоциатора 17, находящегося в 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 (промывке) водным раствором карбамата, поступающим после соответствующей компрессии из конденсатора 18, находящегося в 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 использовании клапана 26. В качестве альтернативного варианта такие инертные газы могут быть направлены на повторный цикл для использования в других секциях установки (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 установка для получения мочевины, в целом обозначенная номером 10, на которой используется способ согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения.
Этот способ получения мочевины отличается от способа, описанного выше, тем, что пар, выходящий из конденсатора 12 узла конденсации, работающего при высоком давлении, подают по трубопроводу 33, параллельно с частью конденсированного пара SC, отходящего от отпарного узла, работающего при высоком давлении (отпарная колонна 13), в диссоциатор 17, находящийся в секции 16 технологической обработки при среднем давлении.
В диссоциаторе 17 конденсированный пар SC и пар, отходящий от конденсатора 12 высокого давления, с относительно высокими температурой и давлением (высокий тепловой уровень), преимущественно используют для обеспечения теплоты, необходимой для диссоциации части водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из реактора R и направляемого в упомянутый выше диссоциатор 17.
В этих целях конденсированный пар SC и пар, отходящий от конденсатора 12, направляют в межтрубное пространство, независимо друг от друга, в соответствующие камеры диссоциатора 17, отделенные друг от друга, по существу, стандартным способом, например при использовании соответствующей трубной решетки 34.
В соответствии с настоящим примером изобретения конденсатор 12, находящийся в секции 11 высокого давления, предпочтительно выполнен в виде конденсатора погружного типа с теплообменником, имеющим трубный пучок, в котором охлаждающая жидкая среда L, как правило, вода, протекающая в межтрубном пространстве указанного теплообменника, превращается в пар благодаря теплообмену с раствором, полученным при смешении раствора карбамата аммония, выходящего из конденсатора 18 секции 16 технологической обработки при среднем давлении (через скруббер 14), исходного аммиака N и направляемой на конденсацию паровой фазы, выходящей из отпарного узла высокого давления (отпарной колонны 13).
В частности, при использовании предлагаемого в настоящем изобретении способа, высокие результаты были получены благодаря направлению пара S с температурой в пределах от 211 до 223°С и давлением в пределах от 20 до 25 бар, в отпарную колонну 13, и направлению в диссоциатор 17 100% конденсированного пара SC, отходящего от отпарной колонны 13 и имеющего, по существу, те же самые температуру и давление по сравнению с упомянутым выше высоким тепловым уровнем. Высокие результаты также были получены благодаря направлению в диссоциатор 17 кроме конденсированного пара SC и параллельно с последним, также и части пара, отходящего от конденсатора 12 узла конденсации, работающего при высоком давлении, и(или) благодаря направлению определенного количества исходного диоксида углерода С, в пределах от 1 до 5 масс.%, более предпочтительно в пределах от 2 до 3 масс.% от общего количества исходного диоксида углерода С, подаваемого на установку 10, в конденсатор 23, находящийся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
Более того, часть водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, направляемого в секцию 16 технологической обработки при среднем давлении, предпочтительно составляет от 10 до 50 масс.%, еще более предпочтительно от 10 до 25 масс.% от водного раствора, выходящего из секции 11 синтеза мочевины.
Описанные выше конструкционные особенности установки 10 для получения мочевины по технологии синтеза из аммиака и диоксида углерода в соответствии с настоящим раскрытием изобретения станут более понятными со ссылкой на прилагаемые чертежи.
В соответствии с настоящим изобретением установка 10 состоит из секции 11 синтеза мочевины при высоком давлении, отпарного узла высокого давления (отпарная колонна 13), секции 16 технологической обработки при среднем давлении и секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении, между которыми существует сообщение.
Секция 16 технологической обработки, преимущественно, включает диссоциатор 17, работающий при среднем давлении, и конденсатор 18, работающий при среднем давлении, между которыми имеется сообщение. В свою очередь, секция 21 извлечения мочевины включает аппарат 22 для разложения, работающий при низком давлении и конденсатор 23, работающий при низком давлении, между которыми также имеется сообщение.
На установке 10 предусмотрены соответствующие трубопроводы для подачи реагентов, диоксида углерода С, аммиака N, а также для подачи водного раствора W карбамата (карбоната), содержащего конденсационную воду, а также соединительные трубопроводы между различными секциями и соответствующими аппаратами, схематично представленными в виде различных линий потоков на фиг.1 и 2.
В частности, на установке 10 соединительные трубопроводы 28 и 29 преимущественно предусмотрены для обеспечения непосредственной связи между секцией 11 синтеза мочевины и диссоциатором 17, находящимся в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, и, соответственно, между этим аппаратом и аппаратом 22 для разложения, находящимся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
В соответствии с настоящим изобретением на установке 10 также предусмотрен соединительный трубопровод 32 для подачи конденсированного пара SC, отходящего от отпарной колонны 13 отпарного узла, в диссоциатор 17.
Кроме того, согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения также предусмотрен трубопровод 27 для подачи исходного диоксида углерода С в конденсатор 23, находящийся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
Согласно не представленному здесь альтернативному примеру установки 10 по настоящему изобретению конденсатор 18 среднего давления включает стандартный трубный пучок, обеспечивающий сообщение изнутри, т.е. по трубному пространству, с концентрированным раствором U мочевины, выходящим из аппарата 22 для разложения, и обеспечивающий сообщение снаружи, т.е. по межтрубному пространству, с паровой фазой, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду, выходящей из диссоциатора 17, работающего при среднем давлении, а также с оборотным водным раствором карбамата, выходящим из конденсатора 23, работающего при низком давлении, для получения описанного выше двойного эффекта.
В соответствии с вариантом настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг.2, установка 10 далее включает соединительный трубопровод 33 между конденсатором 12 узла конденсации, работающим при высоком давлении, и диссоциатором 17, находящимся в секции 16, работающей при среднем давлении.
В этой связи конденсатор 12 отпарного узла высокого давления является конденсатором погружного типа, включающим трубный пучок, и соединительный трубопровод 33 служит для обеспечения жидкостной связи с межтрубным пространством упомянутого теплообменника.
Из предшествующего описания ясно видно, что способ получения мочевины по настоящему изобретению решает упомянутую выше техническую задачу и имеет многочисленные преимущества, первое из которых связано с тем, что данный способ позволяет значительно снизить энергопотребление вследствие рекуперации по меньшей мере части теплоты конденсированного пара, отходящего от отпарного узла высокого давления, для нагрева части раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и аммиак, выходящего из секции синтеза при высоком давлении и подлежащего диссоциации в секции технологической обработки при среднем давлении.
Более того, при применении предлагаемого в настоящем изобретении способа, становится возможным достижение более высокой степени конверсии в контуре высокого давления по сравнению со степенью конверсии, предлагаемой в предшествующем уровнем техники, в частности в секции синтеза мочевины, например, от 58 до 62 мас.%, что актуально также для случаев реконструкции существующих установок большой мощности, например установок, производящих от 3000 до 4500 метрических тонн мочевины в сутки.
Еще одно преимущество заключается в том, что благодаря настоящему изобретению и, в частности, высокой степени конверсии, становится возможным снизить энергопортебление контура синтеза, работающего при высоком давлении, а также секции извлечения мочевины, работающей 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, предлагаемый в настоящем изобретении способ позволяет эксплуатировать такие установки с более высокой производительностью по сравнению с другими способами уровня техники. Другими словами, при той же самой производственной мощности установка, на которой применяется предлагаемый в настоящем изобретении способ, может иметь меньшие размеры и, следовательно, быть более экономически эффективной и иметь 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 нетребующей значительных капиталовложений.
Упомянутые выше преимущества, в основном, связаны с тем, что, благодаря проведенным исследованиям, было установлено, что при подвергании водного раствора мочевины, полученного на этапе диссоциации в секции технологической обработки при среднем давлении, разложению при низком давлении, количество (в абсолютном значении) конденсационной воды, содержащейся в водном растворе W карбамата (карбоната), необходимое для такой конденсации с образованием карбоната аммония, значительно меньше по сравнению с количеством конденсационной воды, которое необходимо согласно другим способам уровня техники.
С учетом того, что упомянутая выше конденсационная вода направляется на повторный цикл в секцию синтеза мочевины вместе с карбаматом аммония и с учетом того, что вода является продуктом реакции при синтезе мочевины и, следовательно, оказывает отрицательное влияние на степень конверсии реагентов, факт возможного уменьшения упомянутого выше количества конденсационной воды приводит к соответствующему повышению степени конверсии по сравнению с другими процессами, известными из предшествующего уровня техники.
В частности, в отличие от настоящего изобретения способы, предлагаемые предшествующим уровнем техники, обязательно предусматривали в секции технологической обработки при среднем давлении этап отпарки в присутствии диоксида углерода, водного раствора мочевины, предварительно полученного на этапе тепловой диссоциации в означенной секции, и этап конденсации с добавлением исходного аммиака. Чтобы добиться эффективной и полной конденсации таких количеств исходного диоксида углерода и аммиака, поступивших в секцию технологической обработки при среднем давлении, с получением карбамата аммония, возникает необходимость в подаче значительно большего количества (в абсолютном значении) конденсационной воды в секцию извлечения мочевины, работающую при низком давлении, по сравнению со способом, предлагаемым в настоящем изобретении.
В качестве примера отмечалось то, что при тех же самых рабочих условиях указанное выше количество конденсационной воды, содержащейся в водном растворе W карбамата (карбоната), по способу, предлагаемому в настоящем изобретении, было на 10-25 масс.% меньше по сравнению со способами предшествующего уровня техники, при соответствующем повышении степени конверсии на 2-3% в секции синтеза мочевины, работающей при высоком давлении.
Среди многочисленных преимуществ, предлагаемых настоящим изобретением, важно отметить и возможность повышения производственной мощности действующих установок получения мочевины из аммиака и диоксида углерода по сравнению с проектной мощностью, на которую такие установки были изначально рассчитаны простым, эффективным и надежным способом, при одновременном снижении эксплуатационных издержек и энергопотребления действующей установки. Предпочтительно, что также возможно значительное повышение производственной мощности действующей установки, например на 30-50%, по сравнению с ее проектной мощностью.
В соответствии с предпочтительным примером изобретения, проиллюстрированным на фиг.1, установка 10 для получения мочевины представляет собой установку, полученную посредством предлагаемого в настоящем изобретении способа реконструкции существующей установки для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, содержащей: секцию 11 синтеза мочевины при высоком давлении, узел 13 отпарки при высоком давлении раствора мочевины, полученного в секции 11, и секцию 21 извлечения мочевины, работающую при низком давлении, включающую аппарат 22 для разложения и конденсатор 23; при этом эти секции 11, 13 и 21 сообщаются друг с другом, причем указанный способ отличается тем, что в нем обеспечивают (устанавливают):
секцию 16 для технологической обработки при среднем давлении части раствора мочевины, полученного в секции 11 синтеза мочевины, включающей диссоциатор 17 и конденсатор 18, при этом секция 16, работающая при среднем давлении, имеет сообщение с секцией синтеза мочевины, работающей при высоком давлении, и, соответственно, с секцией 11, 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении;
соединительный трубопровод 29 между диссоциатором 17, находящимся в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, и аппаратом 22 для разложения, находящимся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении;
соединительный трубопровод 32 между отпарным узлом 13 высокого давления и диссоциатором 17, находящимся в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, для подачи конденсированного пара из отпарного узла 13 в диссоциатор 17.
В предпочтительных вариантах осуществления в способе модернизации по настоящему изобретению также обеспечивают соединительный трубопровод 33 между секцией 12 конденсации при высоком давлении действующей установки для получения мочевины и диссоциатором 17, находящимся в секции 16 технологической обработки при среднем давлении, для подачи пара, отходящего от узла 12 конденсации в диссоциатор 17.
Также предпочтительно, что предлагаемый в настоящем изобретении способ, предусматривает дальнейший этап обеспечения трубопровода 27 для подачи исходного диоксида углерода С в конденсатор 23, находящийся в секции 21 извлечения мочевины, работающей при низком давлении.
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.