EA005786B1

EA005786B1 - Способ контактирования расплавленной мочевины с потоком газа

Info

Publication number: EA005786B1
Application number: EA200400032A
Authority: EA
Inventors: Тьяй Тьин Тьиу; Хенрикус Антониус Мария Дейстерс
Original assignee: ДСМ Ай Пи ЭССЕТС Б.В.
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2005-06-30
Also published as: GC0000325A; CN1541209A; US7045623B2; NL1018283C2; US20040171831A1; WO2002100840A3; CN1293062C; PL367250A1; EA200400032A1; CN1951924A; EP1395569A2; WO2002100840A2

Abstract

Изобретение относится к способу контактирования расплавленной мочевины с потоком газа, содержащим аммиак и/или диоксид углерода, в котором используют добавочный поток, температура которого отличается от температуры расплавленной мочевины и/или потока газа. Добавочный поток предпочтительно содержит аммиак. Способ предпочтительно является частью процесса получения меламина.

Description

Настоящее изобретение относится к способу контактирования расплавленной мочевины с потоком газа, содержащим аммиак и/или диоксид углерода.

Такой способ используют в промышленном масштабе, например, при получении меламина, например, как часть способа получения меламина под высоким давлением, раскрытого в И8-Л-4565867. В способе по ϋδ-Ά-4565867 расплавленную мочевину подают в скруббер (газопромывную колонну). В скруббере расплавленная мочевина при температуре, например, 280°Т (138°С) и давлении в пределах от 1700 до 2200 ф/кв.дюйм (от 11,7 до 15,2 мПа) контактирует с потоком газа, состоящим в основном из аммиака и диоксида углерода и также контактирующим с парами меламина и имеющим температуру в интервале от 670 до 800°Т (от 354 до 427°С). Этот поток газа поступает из сепаратора для разделения газа и жидкости, расположенного далее по ходу потока после реактора меламина, в котором композицию из реактора разделяют на расплав меламина и поток газа. Мочевина вымывает пары меламина из потока газа, а также нагревается потоком газа. Мочевину, нагретую до 350-450°Т (от 177 до 232°С) и абсорбировавшую пары меламина, затем направляют в реактор меламина для преобразования в меламин. Поток газа, охлажденный до температуры в интервале от 177 до 232°С, практически не содержащий меламина, подвергают дальнейшей обработке, например, путем рециркуляции в установку мочевины.

Из-за высокой температуры потока газа, выходящего из сепаратора для разделения газа и жидкости, существует риск перегрева расплавленной мочевины, при котором происходят нежелательные побочные химические реакции, такие как образование биурета, которые, помимо прочего, могут привести к осаждению твердых веществ в скруббере, засоряя эту установку. Если температура становится слишком высокой, содержимое скруббера необходимо охладить путем охлаждения стенки установки и/или при помощи труб охлаждения, расположенных в скруббере. Регенерированное таким образом из скруббера тепло используют, например, для генерации пара. Кроме того, эту же скрубберную установку используют также в качестве нагревательной установки, например, в ситуациях нестационарного режима работы, таких как запуск, остановка на текущий ремонт или временные отказы реактора.

Недостатком известного способа является то, что скруббер, являющийся установкой, в которой осуществляют способ контактирования расплавленной мочевины с потоком газа, должен иметь сложную конструкцию, что связано с присутствием охлаждающего/нагревательного устройства, необходимого для сообщения требуемой мощности охлаждения или способного повышать температуру расплавленной мочевины до желаемого уровня или поддерживать ее на этом уровне. Такие требования связаны с большими капиталовложениями.

Целью настоящего изобретения является, в значительной степени, устранение таких недостатков. Эта цель в соответствии с настоящим изобретением достигается путем использования добавочного потока, температура которого отличается от температуры расплавленной мочевины и/или потока газа.

Преимуществом способа в соответствии с настоящим изобретением является то, что охлаждающее/нагревательное устройство, принадлежащее установке, в которой расплавленную мочевину подвергают контакту с потоком газа, может иметь более низкую мощность охлаждения и нагрева, чем в известном способе и, таким образом, может быть дешевле.

Поток расплавленной мочевины состоит, как это известно для способа получения мочевины или способа получения меламина из мочевины, в основном, из мочевины, но в дополнение к этому может содержать аммиак и/или диоксид углерода в количествах, обеспечивающих давление насыщенного пара при преобладающей в скруббере температуре. Кроме того, расплавленная мочевина может содержать воду меньше, чем 3 мас.%, обычно меньше, чем 0,5 мас.%. Температура расплавленной мочевины может варьироваться в широких пределах, и обычно она находится в интервале от температуры плавления при преобладающем давлении до температуры, при которой происходят существенные реакции разложения. Температура расплавленной мочевины обычно находится в интервале от 130 до 260°С. Давление расплавленной мочевины может варьироваться в широких пределах, и обычно оно определяется частично давлением газового потока и давлением, при котором осуществляют дальнейшую обработку мочевины. Давление расплавленной мочевины обычно составляет от 0,1 до 30 мПа.

Поступающий поток расплавленной мочевины подвергают контакту с потоком газа, как описано ниже. Контактирование осуществляют способом, известным специалистам в данной области техники. Например, контактирование можно осуществлять в барботажной колонне: колонне, заполненной, в основном, расплавленной мочевиной, через которую пропускают поток газа.

Контактирование также можно осуществлять, например, в наполненной газом колонне, в которой газовая фаза является непрерывной фазой, и жидкость как пленка протекает вниз вдоль заполняющего колонну вещества, что обеспечивает тесный контакт между жидкой и газовой фазами.

Поток газа, контактирующий с расплавленной мочевиной, в способе по настоящему изобретению содержит аммиак и/или диоксид углерода. В зависимости от того, каким способом был образован поток газа, как например, в процессе получения меламина, где поток газа обычно содержит аммиак и диоксид углерода, поток газа может дополнительно содержать другие вещества, например, такие как вода или меламин, которые, как правило, не оказывают существенного влияния на работу способа по настоящему изобретению. Температура потока газа может варьироваться в широких пределах. Выгодно, когда температура составляет 130°С или выше, чтобы предотвратить отверждение мочевины. Также выгодно, когда

- 1 005786 температура потока газа ниже 480°С, предпочтительно ниже 430°С, для предотвращения разложения расплавленной мочевины. Давление потока газа может варьироваться в широких пределах и определяется частично давлением, при котором поток газа был образован, например, давлением в процессе получения меламина, и давлением, при котором осуществляют дальнейшую обработку газового потока. Давление газового потока обычно составляет от 0,1 до 30 мПа. Если поток газа содержит аммиак и диоксид углерода, массовое отношение аммиака и диоксида углерода составляет предпочтительно 3: 1 или больше, более предпочтительно 5:1 или больше. Преимущество высокого содержания аммиака в потоке газа состоит в том, что подавляются реакции разложения расплавленной мочевины. Поток газа, в целом, содержит по меньшей мере 40 мас.% аммиака.

Как это понимается в настоящем изобретении, добавочный поток означает вещество или смесь веществ в жидкой фазе и/или в газовой фазе, не являющиеся расплавленной мочевиной или потоком газа, т.е. основным потоком. Выгодно, когда добавочный поток имеет такое же давление или ему сообщают такое же давление, какое имеет расплавленная мочевина или поток газа, или давление в установке, в которой происходит контактирование, или несколько более высокое давление, чтобы легче можно было использовать добавочный поток. Здесь и далее это может означать, что добавочный поток уже не является газовым потоком и/или потоком жидкости, а достигает сверхкритического состояния или находится в таком состоянии. Добавочный поток имеет другую температуру. Это означает, что температура добавочного потока отличается по меньшей мере на 5°С по меньшей мере от одной из следующих температур: температуры расплавленной мочевины или температуры потока газа. Иная температура добавочного потока обеспечивает возможность эффективного контроля температуры. Степень контроля температуры зависит от температуры добавочного потока и скорости этого потока. Поэтому температуру и скорость потока необходимо устанавливать так, чтобы получить желаемое изменение температуры. Это можно сделать на основе расчетов теплосодержания, необязательно дополненных экспериментами. Фразу «использование добавочного потока» следует понимать так, что добавочный поток подают к расплавленной мочевине или потоку газа до контактирования или непосредственно в установку, где происходит контактирование. Это обеспечивает непосредственный контакт добавочного потока с расплавленной мочевиной и/или потоком газа.

Скруббер, который определен как установка, в которой осуществляют способ по настоящему изобретению, может представлять собой отдельную установку, как описано в указанном выше известном способе; однако скруббер может представлять собой часть более крупной установки в способе получения меламина, в которой осуществляют и способ по настоящему изобретению, и реакцию мочевины для получения меламина. Скруббер может иметь различную конструкцию, например в виде барботажной колонны или насадочной колонны. Поток расплавленной мочевины, поток газа и добавочный поток могут быть параллельными или находиться в противотоке друг с другом.

Добавочный поток может содержать большое количество веществ или их комбинаций. Одним из критериев определения композиции является то, в каких целях будет далее использоваться газовый поток и/или расплавленная мочевина, и в зависимости от этого добавочный поток объединяют с вытекающим газом и/или расплавленной мочевиной. Примерами веществ, которые может включать добавочный поток, являются: азот, мочевина, аммиак, диоксид углерода, вода и карбамат аммония. Предпочтительно добавочный поток содержит аммиак или диоксид углерода, или их смесь; это имеет свои преимущества, так как на дополнительную обработку расплавленной мочевины или потока газа не оказывает неблагоприятного действия присутствие веществ, которые в других случаях не должны присутствовать. Как указано выше, высокое массовое отношение между аммиаком и диоксидом углерода, предпочтительно 3:1 или выше, в процессе контактирования газового потока с расплавленной мочевиной является предпочтительным. Поэтому может быть выгодным, когда добавочный поток по существу не содержит диоксида углерода. Более предпочтительно, когда добавочный поток в основном содержит аммиак.

Добавочный поток предпочтительно является потоком жидкости. Это имеет преимущество, состоящее в том, что,в сравнении с добавочным потоком, содержащим газовую фазу, подлежащий обработке объем меньше и любое регулирование давления осуществляют более простым с технической точки зрения способом, а, следовательно, более дешевым. Предпочтительно, указанный добавочный жидкий поток содержит в основном жидкий аммиак. Преимущество этого состоит в том, что, когда способ по настоящему изобретению составляет часть процесса получения меламина, образование нежелательных кислородсодержащих побочных продуктов может быть снижено.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления температуру расплавленной мочевины, и/или газового потока, и/или скруббера в процессе контактирования устанавливают в основном при помощи добавочного потока, и, таким образом, нет никакой необходимости в нагревательном/охлаждающем устройстве. Это дает то преимущество, что конструкцию скруббера можно значительно упростить, следовательно, она становится более дешевой. Следующим преимуществом этого дополнительного предпочтительного варианта осуществления в соответствии с настоящим изобретением является отсутствие необходимости в какой-либо площади поверхности охлаждения или нагрева, подверженной образованию накипи, таким образом, текущий ремонт скруббера значительно упрощается и, следовательно, становится дешевле. Кроме того, что касается существующих скрубберных установок,

- 2 005786 уже снабженных нагревательным/охлаждающим устройством, можно также получить выгоду при таком дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения, так как получают экономию текущих затрат на непрямой температурный контроль, такой как обеспечение или сохранение энергии.

Существуют различные пути использования добавочного потока в способе по настоящему изобретению. Например, добавочный поток можно объединять с расплавленной мочевиной или с газовым потоком. При этом получают объединенный поток. Затем объединенный поток направляют в скруббер таким образом, что объединенный поток контактирует с газовым потоком (если объединенный поток содержит расплавленную мочевину) или с расплавленной мочевиной (если объединенный поток содержит газовый поток). Это имеет преимущества, так как для применения способа по настоящему изобретению в скруббере не нужно никакого дополнительного входного отверстия. Это особенно выгодно при оптимизации существующего способа. В этом варианте осуществления изобретения важно обеспечить, чтобы ничто не угрожало хорошей работе способа, например, путем установления количества и/или температуры добавочного потока. Хорошая работа способа может оказаться под угрозой, когда, например, образуется большое количество твердого материала в потоке расплавленной мочевины или в потоке газа.

Образование большого количества твердого материала в потоке расплавленной мочевины или в потоке газа может иметь место в результате подъема или падения температуры, вызванного введением добавочного потока. Это может привести к забивке линий. Примерами образования твердых веществ в результате изменений температуры являются отверждение мочевины; образование биурета из мочевины при температуре выше 260°С; образование твердых частиц меламина в потоке газа. Количество твердых частиц в расплавленной мочевине предпочтительно составляет менее 20 мас.%, более предпочтительно менее 10 мас.%. Количество твердых частиц в потоке газа предпочтительно составляет менее 3 мас.%, более предпочтительно менее 0,3 мас.%. Указанные массовые проценты определяют до, в процессе и после применения способа по настоящему изобретению. Если образование твердых веществ выходит за указанные пределы, которые являются предпочтительными, может появиться необходимость в регулировании количества добавочного потока. Поэтому может быть выгодным не использовать добавочный поток путем его объединения с существующими потоками, которые направляют в скруббер, а использовать его в виде отдельного потока в самом скруббере, что обеспечит возможность более широких пределов температурного регулирования. Предпочтительно добавочный поток подают в скруббер в место, где возможно хорошее смешивание с содержимым скруббера; это выгодно для достижения хорошего температурного контроля. Хорошее смешивание обеспечивается, если, например, добавочный поток вводят в место, где в скруббере уже присутствует поток, в отсутствие добавочного потока. Предпочтительно добавочный поток контактирует с протекающим в скруббере материалом, содержащим как расплавленную мочевину, так и газовый поток.

Способ по настоящему изобретению предпочтительно осуществляют как часть непрерывного процесса получения меламина из мочевины при давлении в пределах от 0,1 до 30 мПа. В ходе такого процесса расплавленный поток мочевины и поток газа, высвобождаемого при конверсии мочевины в меламин, как правило, можно непосредственно использовать в способе по настоящему изобретению. Помимо аммиака и диоксида углерода поток газа также может содержать меламин; меламин абсорбируется расплавленной мочевиной в процессе контактирования и, таким образом, возвращается в реактор. Еще одним преимуществом использования способа по настоящему изобретению в ходе непрерывного процесса получения меламина из мочевины является то, что такой способ позволяет использовать различные потоки с разными температурами, которые уже присутствуют и которые без какой-либо существенной адаптации можно использовать в качестве добавочного потока в способе по настоящему изобретению. Это, например, может быть газообразный аммиак со стадии охлаждения, где его можно использовать в качестве охлаждающей среды для получения порошка меламина. Способ по настоящему изобретению предпочтительно используют в ходе некаталитического процесса получения меламина под высоким давлением, при стационарном режиме или в режиме запуска или остановки процесса. Такие процессы обычно работают при давлении от 5 до 30 мПа.

В другом варианте осуществления способа по настоящему изобретению используют, по меньшей мере, еще один добавочный поток, температура которого отличается от температуры расплавленной мочевины и/или потока газа. Если используют несколько добавочных потоков, каждый добавочный поток может иметь свою композицию, как описано выше. Добавочные потоки можно использовать любым способом, как описано выше. Преимущество этого варианта осуществления изобретения в том, что обеспечивается возможность более гибкого использования имеющихся потоков для оптимального использования имеющихся источников охлаждения или нагрева.

Промышленная применимость способа по настоящему изобретению не ограничивается некаталитическим процессом получения меламина под высоким давлением. Способ по настоящему изобретению можно применять, например, в каталитических процессах получения меламина, работающих при низком давлении, таких как процесс ΒΑ8Ε, описанный в иНтаии'к Еисус1ораеб1а о£ 1иби81па1 Сйет181гу, том А16, издание пятое, стр. 174-175, или в Ыйтодеи 228 (июль-август 1997), стр. 46. Процесс ΒΑ8Ε осуществляют при давлении около 0,1-0,2 мПа. Газовый поток, содержащий аммиак, диоксид углерода и, необязательно, следовые количества меламина и имеющий температуру около 200°С, подается в скруббер, где он

- 3 005786 контактирует с расплавленной мочевиной, имеющей температуру 135°С. Расплавленная мочевина охлаждает газовый поток и вымывает из него весь присутствующий меламин. Скруббер снабжен теплообменником, который выпускает избыточное тепло в форме пара. В таком процессе применение способа по настоящему изобретению может обеспечить использование теплообменника меньшего размера, либо можно обойтись вообще без теплообменника: избыточное тепло тогда будет абсорбироваться добавочным потоком и, таким образом, его можно будет использовать на каком-либо другом участке.

Расплавленную мочевину, как было указано выше, предпочтительно используют в процессе получения меламина. Учитывая то, что газовый поток, с которым приводят в контакт мочевину, часто содержит диоксид углерода, расплавленная мочевина после этого будет содержать некоторое количество растворенного диоксида углерода. Однако присутствие диоксида углерода в расплавленной мочевине является недостатком в процессе получения меламина, поскольку это приводит к коррозии. Еще одним недостатком присутствия диоксида углерода в расплавленной мочевине является то, что его сначала нагревают в реакторе меламина и снова охлаждают только в скруббере, в который его возвращают, таким образом, создается контур циркулирования диоксида углерода, который негативно влияет на энергетический баланс процесса, при этом никак не способствуя его результату.

Поэтому следующей целью настоящего изобретения является обеспечение способа обработки расплавленной мочевины, содержащей диоксид углерода, в котором количество диоксида углерода снижено.

Указанная следующая цель достигается тем, что способ включает следующие стадии:

приведение расплавленной мочевины в контакт с содержащим аммиак потоком, посредством чего образуются обогащенный диоксидом углерода газообразный аммиак и расплавленная мочевина, содержащая уменьшенное количество диоксида углерода;

отделение обогащенного диоксидом углерода газообразного аммиака от расплавленной мочевины, содержащей уменьшенное количество диоксида углерода.

Преимуществом этого способа по настоящему изобретению является то, что снижается коррозия в трубопроводе, по которому протекает расплавленная мочевина. Еще одним преимуществом этого способа по настоящему изобретению при его использовании в процессе получения меламина является то, что диоксид углерода не переносится в реактор меламина и не нагревается в реакторе меламина, не образуя при этом указанного выше контура циркулирования диоксида углерода, что положительно влияет на энергетический баланс всего процесса получения меламина.

Содержащий аммиак поток предпочтительно включает более чем 90 мол.% аммиака и более предпочтительно состоит по существу из газообразного аммиака. В результате контактирования между содержащей диоксид углерода расплавленной мочевиной и содержащим аммиак потоком содержащий аммиак поток становится обогащенным диоксидом углерода; затем его отделяют и извлекают из расплавленной мочевины, содержащей уменьшенное количество диоксида углерода.

Предпочтительно расплавленную мочевину, содержащую уменьшенное количество диоксида углерода, используют в процессе получения меламина, и снижение концентрации диоксида углерода в расплавленной мочевине предпочтительно составляет более 25% от исходной концентрации диоксида углерода. Исходное количество диоксида углерода в расплавленной мочевине обычно выше, чем 0,5 мас.%. Массовое отношение газообразный аммиак:расплавленная мочевина предпочтительно составляет более 0,05.

Контактирование газообразного содержащего аммиак потока и содержащей диоксид углерода расплавленной мочевины можно осуществлять в любом оборудовании для контактирования газа-жидкости, например, в барботажной колонне с внутренними деталями или без внутренних деталей, таких как насадка или ситчатые тарелки, в основном содержащая газ стриппинг-колонна с насадкой или ситчатыми тарелками, оборудование для обеспечения потока по типу «падающей пленки», включающее систему трубопроводов, систему трубопроводов, в основном заполненных жидкостью, с продувной трубой или без нее.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения газообразный обогащенный диоксидом углерода аммиак используют в качестве добавочного потока в процессе контактирования расплавленной мочевины с потоком газа, обеспечивая, таким образом, объединенную и, следовательно, эффективную дальнейшую обработку различных газовых потоков.

Далее изобретение поясняется при помощи некоторых примеров и сравнительных экспериментов.

Примеры I и II и сравнительные эксперименты А и В

В примерах I и II и в сравнительных экспериментах А и В, как показано в таблице ниже, поток расплавленной мочевины (6000 кг/ч), имеющий температуру 138°С, приводят в контакт с газовым потоком в скруббере. Площадь охлаждения представляет собой площадь теплообмена охлаждающего/нагревательного устройства, расположенного в скруббере, которое необходимо для обеспечения возможности контроля температуры процесса при заданном рабочем давлении таким образом, чтобы не возникало никаких проблем, например таких, как образование твердых частиц, и/или таким образом, чтобы выпускать из скруббера избыток тепла.

- 4 005786

Таблица

В’	Давление (мПа)	Поток газа	Добавочный поток	Площадь охлаждения (м^г)
Темп. (°С)	Скорость потока (кг/час)	Композиция* (масс.%)	Темп. (°С)	Скорость потока (кг/час)	Компо- нент
I	0,2	250	6000	75/25/0	40	2000	ЫНз (г)	Нет
А	0,2	250	6000	75/25/0	Без добавочного потока	50
II	20,5	405	4200	43/52/5	40	1800	ЫН₃ (ж)	Нет
В	20,5	405	4200	43/52/5	Без добавочного потока	200

В таблице:

*композиция газового потока, мас.% ΝΗ₃, СО₂, меламина, соответственно;

(г) = газообразный; (ж) = жидкий.

Как видно из приведенных выше результатов, добавочный поток может полностью заменить охлаждающее/нагревательное устройство, как в условиях, типичных для каталитического процесса получения меламина при низком давлении (пример I, сравнительный эксперимент А), так и в условиях, типичных для некаталитического процесса получения меламина под высоким давлением (пример II, сравнительный эксперимент В).

Пример III.

Поток расплавленной мочевины, содержащий 5,4 мас.% СО₂, имеющий температуру 210°С, при давлении 200 бар, обрабатывают газообразным аммиаком, имеющим температуру 220°С, в барботажной колонне. Газообразный аммиак поступает в колонну в нижней ее части, а газ, обогащенный СО₂, выходит из колонны в ее верхней части. Скорость потока расплавленной мочевины 4 кг/ч, а скорость потока газообразного аммиака 2,3 кг/ч. Содержание СО₂ в потоке расплавленной мочевины после отделения этого потока от потока газа было снижено до менее чем 0,5 мас.%.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ контактирования расплавленной мочевины с потоком газа, содержащим аммиак и/или диоксид углерода, отличающийся тем, что в непосредственный контакт с расплавленной мочевиной и/или с потоком газа вводят добавочный поток вещества в жидкой и/или газовой фазе, температура которого отличается от температуры расплавленной мочевины и/или потока газа.
2. Способ по п.1, в котором поток газа содержит аммиак и диоксид углерода.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором добавочный поток содержит аммиак, диоксид углерода или их смесь.
4. Способ по п.3, в котором добавочный поток содержит жидкий аммиак.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором температуру в процессе контактирования устанавливают при помощи добавочного потока.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором добавочный поток объединяют с расплавленной мочевиной или с потоком газа с образованием объединенного потока, после чего осуществляют контактирование объединенного потока с потоком газа или с расплавленной мочевиной, соответственно.
7. Способ по любому из пп.1-5, в котором добавочный поток используют в виде отдельного потока.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором поток газа также содержит меламин.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором способ является частью некаталитического процесса получения меламина под высоким давлением.
10. Способ по п.9, в котором способ применяют в ходе процедур запуска или остановки.
11. Способ по любому из пп.1-10, в котором используют по меньшей мере еще один добавочный поток, температура которого отличается от температуры расплавленной мочевины и/или потока газа.
12. Способ по любому из пп.1-11, дополнительно включающий стадии приведения расплавленной мочевины в контакт с содержащим аммиак потоком с образованием посредством этого обогащенного диоксидом углерода газообразного аммиака и расплавленной мочевины, содержащей уменьшенное количество диоксида углерода; отделения обогащенного диоксидом углерода газообразного аммиака от расплавленной мочевины, содержащей уменьшенное количество диоксида углерода.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что обогащенный диоксидом углерода газообразный аммиак используют в качестве добавочного потока или в качестве еще одного добавочного потока по п.1 или 11.