УСТАНОВКА СИНТЕЗА МЕЛАМИНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА В ПРИСОЕДИНЕННОЙ УСТАНОВКЕ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ
MELAMINE SYNTHESIS UNIT USING WASTE GAS IN AN ATTACHED UREA SYNTHESIS UNIT

Область техники
Настоящее изобретение относится к совместному производству меламина и мочевины.
Уровень техники
Меламин получают в промышленности из мочевины с использованием следующей реакции:
3
2
6 мочевина → меламин +6 NH+3 СО
где аммиак и диоксид углерода находятся в газообразной форме и указываются как отходящий газ.
Известны два основных варианта процесса синтеза меламина, которые указываются как каталитический синтез при низком давлении и некаталитический синтез при высоком давлении. Оба варианта осуществляются в соответствии с вышеуказанной реакцией, которая проводится в первом случае при давлении примерно 2-10 бар и во втором случае при давлении порядка 70 бар или более.
Также известна технология, при которой установку синтеза меламина объединяют с присоединенной установкой синтеза мочевины, и отходящий газ установки синтеза меламина рециркулируют в процесс получения мочевины. Такое решение привлекательно, поскольку мочевину синтезируют в промышленности из аммиака и диоксида углерода.
В известных технических решениях совместное производство мочевины и меламина осуществляется по существу следующим образом: в установке синтеза мочевины ее получают из аммиака и диоксида углерода; по меньшей мере часть получаемой мочевины направляют в установку синтеза меламина; отходящий газ, выводимый из установки синтеза меламина рециркулируют в установку синтеза мочевины.
2
Это объединение процессов синтеза мочевины и меламина применимо в большинстве случаев и не зависит от типа процесса синтеза мочевины, например, в случае мочевины, получаемой с помощью процесса отпарки СО, процесса отпарки аммиака или другого процесса, и от процесса синтеза меламина, при низком или высоком давлении.
Также известны разные решения для рециркуляции отходящего газа в процесс синтеза мочевины, в соответствии с используемыми процессами синтеза мочевины и синтеза меламина. В частности, в случае использования процесса синтеза меламина при низком давлении отходящий газ обычно рециркулируют в реактор синтеза мочевины в форме водного раствора (после конденсации), однако в этом случае в реактор синтеза мочевины вводится вода, что является недостатком. В случае использования процесса синтеза меламина при высоком давлении отходящий газ выходит под высоким давлением, так что он может быть рециркулирован в безводной форме, например, путем непосредственного введения в конденсатор контура синтеза мочевины высокого давления.
Разные способы совместного получения мочевины и меламина описаны, например, в документах ЕР 1918274 и ЕР 2940006.
Объединение двух процессов синтеза, с одной стороны, выгодно, однако при этом возникает ряд проблем.
Первая проблема заключается в том, что процесс синтеза мочевины подвергается нарушениям, вызываемым процессом синтеза меламина. Например, прекращение работы установки синтеза меламина может вызывать остановку установки синтеза мочевины. Эта проблема критична в основном в установках синтеза мочевины и меламина, в которых установка синтеза мочевины имеет производительность (количество производимой мочевины), превышающую потребность в мочевине в установке синтеза меламина. В этих установках только часть мочевины подается в процесс синтеза меламина, а остальная часть направляется для другого использования или вывозится. Таким образом, любое прекращение работы установки синтеза меламина влияет не только на производство меламина, но также и на производство вывозимой коммерческой мочевины, что влечет за собой экономические потери.
Другая проблема заключается в том, что комбинированные установки для получения меламина и мочевины часто являются результатом модернизации, при которой установку синтеза меламина добавляют к уже существующей установке синтеза мочевины. Подсоединение новой установки синтеза меламина к установке синтеза мочевины для отбора отходящего газа обычно требует остановки установки синтеза мочевины, например, для обеспечения линии, по которой водный раствор, содержащий сконденсированный отходящий газ установки синтеза меламина, подается в реактор, или линии для подачи этого отходящего газа в конденсатор, в соответствии с вышеописанными технологиями. Понятно, что прекращение работы установки синтеза мочевины и простой приводит к значительным экономическим потерям.
Эффективность существующих установок синтеза мочевины иногда снижается, особенно в тех случаях, когда отходящий газ рециркулируют в форме водного раствора. Хорошо известно, что присутствие воды в реакторе негативно сказывается на выходе процесса синтеза мочевины.
Кроме того, существующая установка синтеза мочевины может быть неспособна преобразовать все реагенты, количество которых увеличилось в результате их отбора из новой установки синтеза меламина. В этом случае повышение производительности установки синтеза мочевины может быть очень затратной.
В документе ЕР 1752447 раскрывается способ совместного получения мочевины и меламина, в котором: мочевину синтезируют в первом реакторе установки синтеза мочевины; отходящий газ из установки синтеза меламина направляют во второй реактор установки синтеза мочевины, в который также подают водный раствор карбамата аммония из секции выделения низкого давления; поток, выходящий из второго реактора, вместе с потоком, выходящим из первого реактора, направляют в секцию выделения.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных технических решений.
Эта цель достигается с помощью комбинированной установки для получения меламина и мочевины по п. 1 формулы.
Установка по настоящему изобретению включает в себя установку синтеза меламина из мочевины и подсоединенную к ней установку синтеза мочевины, которая специально предназначена для синтеза мочевины из отходящего газа установки синтеза меламина. Поэтому подсоединенная установка мочевины указывается как установка синтеза мочевины из отходящего газа.
Эта установка синтеза мочевины из отходящего газа содержит по меньшей мере секцию синтеза мочевины высокого давления (ВД), работающую при давлении синтеза, и по меньшей мере одну секцию выделения, работающую при давлении выделения, которое меньше давления синтеза. Установка синтеза мочевины из отходящего газа может содержать несколько секций выделения, работающих при разных давлениях выделения, напр., секцию выделения среднего давления (СД) и секцию выделения низкого давления (НД), причем поток раствора мочевины, выходящий из секции синтеза ВД, обрабатывается в секции выделения СД, и поток частично очищенного раствора мочевины, выходящий из секции выделения СД, обрабатывается затем в секции выделения НД.
Секция синтеза мочевины ВД включает также по меньшей мере реактор синтеза мочевины, в котором мочевина синтезируется из аммиака и диоксида углерода при давлении синтеза мочевины. Давление синтеза мочевины составляет по меньшей мере 80 бар, и предпочтительно находится в диапазоне от 100 бар до 200 бар. Секция синтеза мочевины ВД может также содержать отпарной аппарат ВД, в котором непреобразованные аммиак и диоксид углерода выводятся из потока, выходящего из реактора, и конденсатор ВД, в котором газовая фаза, выведенная из отпарного аппарата, конденсируется для последующей рециркуляции в реактор, и эти два устройства формируют контур вместе с реактором, в соответствии с известной технологией.
Термин "секция выделения" относится к секции, в которой раствор, содержащий мочевину, обрабатывается для выведения непреобразованных аммиака и диоксида углерода, которые обычно присутствуют в форме карбамата аммония. Секция выделения обычно содержит устройство разложения карбамата, в котором карбамат аммония разлагается на аммиак и диоксид углерода, и конденсатор, в котором газы, выводимые из устройства разложения карбамата, конденсируются для формирования раствора, который затем рециркулируется в секцию синтеза ВД.
Одна или несколько секций выделения установки синтеза мочевины из отходящего газа обеспечивают получение водного раствора очищенной мочевины, который содержит по меньшей мере 65 мас. % мочевины, остальное вода, с очень малыми количествами непреобразованного материала и/или примесей.
Установка синтеза мочевины из отходящего газа может содержать опционально секцию концентрирования, в которой раствор концентрируется для более высокого содержания мочевины, например, 95% или более. После этого дополнительного концентрирования мочевина может использоваться для синтеза меламина. Установка синтеза мочевины из отходящего газа может содержать опционально выходную секцию для производства твердой мочевины, напр., в форме гранул или окатышей.
Предпочтительно вся или часть мочевины, получаемой в установке синтеза мочевины из отходящего газа, подается в установку синтеза меламина, то есть, используется для производства меламина.
2
2
2
Аммиак и СО подаются в установку синтеза мочевины из отходящего газа в основном или исключительно из отходящего газа, выводимого из подсоединенной установки синтеза меламина. Этот поток отходящего газа обеспечивает подачу по меньшей мере 90% аммиака и СО для установки синтеза мочевины из отходящего газа. Предпочтительно по меньшей мере 95 мас. % аммиака и СО от всего исходного материала, подаваемого в эту установку синтеза мочевины, поступает из отходящего газа установки синтеза меламина.
2
2
Тем не менее, в установку синтеза мочевины из отходящего газа может подаваться дополнительное количество аммиака и/или СО. В предпочтительном варианте единственным источником подачи аммиака и СО для указанной установки является отходящий газ установки синтеза меламина. Однако, если этот отходящий газ не обеспечивают полный объем реагентов для установки синтеза мочевины, то недостаток может восполняться подачей свежих реагентов.
Мочевина, производимая установкой синтеза мочевины из отходящего газа, может быть в форме: очищенного водного раствора мочевины, содержащего по меньшей мере 65 мас. % мочевины; плава мочевины (расплавленной мочевины) высокой степени чистоты; твердой мочевины, предпочтительно в форме гранул или окатышей.
Очищенный водный раствор, содержащий по меньшей мере 65% мочевины, получают после обработки потока, выходящего из секции синтеза высокого давления, по меньшей мере в одной секции выделения для выделения непреобразованных аммиака и диоксида углерода, в соответствии с известной технологией в области синтеза мочевины. Установка синтеза мочевины из отходящего газа включает все устройства, необходимые для получения этого раствора, например, оборудование синтеза высокого давления (напр. контур синтеза), после которого расположена одна или несколько секций выделения при низком давлении.
Установка синтеза мочевины из отходящего газа может включать в некоторых вариантах секцию концентрирования, подходящую для выведения воды из раствора мочевины. Секция концентрирования может также обеспечиваться и в установке синтеза меламина.
Для получения потока расплавленной мочевины, которая может подходить непосредственно для получения меламина, установка синтеза мочевины из отходящего газа может также включать испарительную секцию, подходящую для удаления воды из раствора мочевины и получения расплавленной мочевины. Расплавленная мочевина предпочтительно содержит по меньшей мере 95 мас. % мочевины. В том случае, когда установка синтеза мочевины из отходящего газа должна производить твердую мочевину, эта установка может включать выходную секцию, например, содержащую грануляционную башню и/или гранулятор.
В некоторых вариантах осуществления изобретения установка получения мочевины и меламина содержит первую установку синтеза мочевины и вторую установку синтеза мочевины. Первая установка синтеза мочевины может указываться как основная установка синтеза мочевины, а вторая установка - это установка синтеза мочевины из отходящего газа. Мочевина, подаваемая в установку синтеза меламина, может частично обеспечиваться основной установкой синтеза мочевины и частично установкой синтеза мочевины из отходящего газа. Остающаяся часть мочевины, производимой основной установкой, если таковая имеется, может вывозиться для другого использования.
Первая установка синтеза мочевины (основная установка синтеза мочевины) может содержать выходную секцию для производства готовой мочевины, напр. в форме гранул или окатышей. Производство твердой мочевины, если обеспечивается, предпочтительно осуществляется в основной установке синтеза мочевины.
В вариантах с первой установкой синтеза мочевины (основной установкой синтеза мочевины) и второй установкой синтеза мочевины (установкой синтеза мочевины из отходящего газа), вторая установка синтеза мочевины предпочтительно не получает какой-либо рециркулируемый раствор карбамата из основной установки синтеза мочевины.
В других вариантах в установку синтеза меламина по меньшей мере частично подается импортируемая мочевина, то есть, мочевина, произведенная в другом месте, а не в установке для получения меламина и мочевины. Мочевина, производимая установкой синтеза мочевины из отходящего газа, формирует часть мочевины, подаваемой в установку синтеза меламина. Установка синтеза мочевины из отходящего газа может быть единственной секцией получения мочевины в установке, то есть, основная установка синтеза мочевины может отсутствовать.
Работа основной установки синтеза мочевины, если она присутствует, и установки синтеза мочевины из отходящего газа может осуществляться с использованием различных процессов синтеза мочевины, известных в технике. Установка синтеза меламина может быть установкой низкого давления или высокого давления. Отходящий газ установки синтеза меламина могут содержать воду или могут быть по существу безводными, в зависимости от технологии, используемой для синтеза меламина.
Преобразование отходящего газа в мочевину может включать стадию его конденсации в водный раствор в подходящей секции конденсации.
Мочевина, подаваемая в установку синтеза меламина, может быть в форме расплавленной мочевины, твердой мочевины или ее водного раствора. Если мочевина подается в форме ее водного раствора, то этот раствор концентрируют в испарительной секции, которая может входить в состав установки синтеза меламина или установки синтеза мочевины из отходящего газа.
Изобретение может быть применено для модернизации установок синтеза мочевины или для модернизации комбинированных установок для получения мочевины и меламина, как это указано в формуле.
Одним из объектов изобретения является способ модернизации установки синтеза мочевины, включающий:
добавление к установке синтеза мочевины установки синтеза меламина, причем по меньшей мере часть мочевины, производимой существующей установкой синтеза мочевины, предназначена для подачи в установку синтеза меламина;
2
добавление установки синтеза мочевины из отходящего газа для преобразования в мочевину потока отходящего газа, выводимого из установки синтеза меламина, причем поток отходящего газа обеспечивает по меньшей мере 90% аммиака и СО, подаваемых в добавленную установку синтеза мочевины.
2
Другим объектом изобретения является способ модернизации установки для получения мочевины/меламина, в котором уже существующая установка содержит установку синтеза меламина и первую установку синтеза мочевины, и способ включает добавление второй установки синтеза мочевины, специально предназначенной для синтеза мочевины из аммиака и диоксида углерода, содержащихся в отходящем газе, поступающем из установки синтеза меламина, причем поток отходящего газа, выводимого из установки синтеза меламина, обеспечивает по меньшей мере 90% аммиака и СО, подаваемых во вторую установку синтеза мочевины.
В этом случае существующая первая установка синтеза мочевины может быть указана как основная установка синтеза мочевины. Способ может также включать операцию перенаправления отходящего газа, первоначально направляемого в основную установку синтеза мочевины, во вновь установленную вторую установку синтеза мочевины.
Добавленная установка синтеза мочевины подходит для производства продукта (коммерческой/товарной) мочевины, которая может быть любым из: водного раствора мочевины, содержащего мочевину в количестве по меньшей мере 65 мас. %; расплавленной мочевины; твердой мочевины. Добавленная установка синтеза мочевины включает контур синтеза высокого давления, после которого расположена одна или несколько секций выделения. Добавленная установка синтеза мочевины опционально включает секцию концентрирования, подходящую для выведения воды, и выходную секцию, подходящую для получения коммерческой твердой мочевины.
Настоящее изобретение отличается следующими преимуществами:
оно обеспечивает возможность использования в качестве исходного материала мочевины, в твердой форме или в форме водного раствора, поступающей из внешнего источника и не производимой на месте, например, твердой мочевины, поступающей с использованием специальных средств транспортировки;
характеристики установки синтеза мочевины не ухудшаются благодаря использованию отходящего газа установки синтеза мочевины;
в случае строительства новой установки синтеза меламина, в которую подается мочевина из существующей установки, последняя не нуждается в какой-либо модернизации или в дополнительных действиях, поскольку отходящий газ используется в специально обеспечиваемой установке;
установка синтеза мочевины, специально предназначенная для использования отходящего газа, строится вместе с установкой синтеза меламина, так что нет необходимости в прерывании работы основной установки синтеза мочевины для выполнения операций по интеграции с новой установкой синтеза меламина;
работа "основной" установки синтеза мочевины не нарушается при простое или неисправности установки синтеза меламина, в результате которой может изменяться количество и/или состав отходящих газообразных побочных продуктов;
в качестве исходного материала может использоваться мочевина, поступающая из установок, не находящихся поблизости от установки синтеза меламина.
Достоинства настоящего изобретения станут более понятными из нижеприведенного описания, в котором фиг. 1 и 2 иллюстрируют схематически два варианта осуществления изобретения.
Подробное описание осуществления изобретения
На фиг. 1 показана схематически комбинированная установка для получения мочевины и меламина, включающая:
первую установку синтеза мочевины UP (основная установка синтеза мочевины);
установку синтеза меламина MEL;
вторую установку синтеза мочевины UR, которая предназначена для синтеза мочевины из отходящего газа установки MEL синтеза меламина.
2
В основную установку UP синтеза мочевины подается поток 1 аммиака и поток 2 СО.
Часть U1 мочевины, производимой основной установкой UP синтеза мочевины, подается в установку MEL синтеза меламина. Другая часть U2 вывозится или направляется для другого использования.
Мочевина U1 предпочтительно находится в форме расплавленной или твердой мочевины. Мочевина U2 может быть в такой же форме или в форме водного раствора.
2
Установка MEL синтеза меламина производит меламин М и поток G отходящего газа, в основном содержащего NH3 и СО.
Этот поток G подается во вторую установку UR синтеза мочевины, которая предназначена для выделения реагентов, содержащихся в отходящем газе, для производства дополнительной мочевины.
2
2
2
В рассматриваемом примере поток G представляет собой единственный источник реагентов, то есть, аммиака и CO для второй установки UR синтеза мочевины. Эта установка UR синтеза мочевины не имеет на входе других источников аммиака и/или СО. В некоторых вариантах при необходимости может обеспечиваться дополнительная подача небольших количеств аммиака и CO.
Использование указанного отходящего газа для производства мочевины также указывается как утилизация отходящего газа. Поток G отходящего газа может быть утилизирован в установке UR синтеза мочевины, например, путем подачи отходящего газа в форме безводного газа или водного раствора.
Утилизация в безводной форме включает, например, введение отходящего газа в конденсатор высокого давления установки UR синтеза мочевины, как это описано в ЕР 2 940 006.
2
Утилизация в водном растворе включает, например, стадию конденсации с водой таким образом, чтобы формировался водный раствор, содержащий аммиак и CO, и введение этого раствора в реактор синтеза мочевины установки UR.
Установка UR обеспечивает на выходе мочевину U3, которая предпочтительно используется для подачи в установку MEL синтеза меламина.
На фиг. 2 приведена схема варианта установки для получения мочевины и меламина, которая не содержит основной установки UP синтеза мочевины. Единственной установкой синтеза мочевины в этом варианте является установка UR, в которую подается отходящий газ.
Как показано на фиг. 2, в установку MEL синтеза меламина подается мочевина U4 из внешнего источника. Мочевина U3, производимая установкой UR синтеза мочевины, предпочтительно также возвращается в установку MEL синтеза меламина.