EA016786B1

EA016786B1 - Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода

Info

Publication number: EA016786B1
Application number: EA201001806A
Authority: EA
Inventors: Ламбертус Вильхельмус Жеверс; Йозеф Хюберт Мессен; Йоханнес Хенрикус Меннен
Original assignee: Стамикарбон Б.В.
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2012-07-30
Also published as: US8158824B2; AU2009249693A1; EP3309144A1; AU2009249693B2; CA2724566A1; EP2297094A1; EP2123634A1; MY150057A; CN105801451A; NO2297094T3; WO2009141346A1; CA2724566C; CN102099328A; PL2297094T3; BRPI0912883A2; US20110160486A1; EA201001806A1; BRPI0912883B1; EP2297094B1; HRP20171925T1

Abstract

Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления, включающую две реакторные секции, десорбер и конденсатор, и секцию извлечения, где в первой реакторной секции получают первый раствор синтеза, который подают во вторую реакторную секцию; во вторую реакторную секцию подают свежий диоксид углерода и получают второй раствор синтеза, который подают в десорбер, где второй раствор синтеза подвергают десорбированию с использованием в качестве десорбирующего газа диоксида углерода, а смешанный газовый поток, полученный в десорбере, отправляют в конденсатор совместно со свежим аммиаком и карбаматным потоком, после чего конденсат, который получают в конденсаторе, подают в первую реакторную секцию, а мочевинный поток, который получают в десорбере, дополнительно очищают в секции извлечения, причем течение первого раствора синтеза из первой реакторной секции во вторую реакторную секцию, течение второго раствора синтеза из второй реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в первую реакторную секцию обеспечивается за счет гравитационного течения.

Description

(57) Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления, включающую две реакторные секции, десорбер и конденсатор, и секцию извлечения, где в первой реакторной секции получают первый раствор синтеза, который подают во вторую реакторную секцию; во вторую реакторную секцию подают свежий диоксид углерода и получают второй раствор синтеза, который подают в десорбер, где второй раствор синтеза подвергают десорбированию с использованием в качестве десорбирующего газа диоксида углерода, а смешанный газовый поток, полученный в десорбере, отправляют в конденсатор совместно со свежим аммиаком и карбаматным потоком, после чего конденсат, который получают в конденсаторе, подают в первую реакторную секцию, а мочевинный поток, который получают в десорбере, дополнительно очищают в секции извлечения, причем течение первого раствора синтеза из первой реакторной секции во вторую реакторную секцию, течение второго раствора синтеза из второй реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в первую реакторную секцию обеспечивается за счет гравитационного течения.

Изобретение относится к способу получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза, включающую две реакторные секции, десорбер и конденсатор, и секцию извлечения, причем в первой реакторной секции получают первый раствор синтеза, который подают во вторую реакторную секцию; во вторую реакторную секцию подают свежий диоксид углерода и во второй реакторной секции получают второй раствор синтеза, который подают в десорбер, в котором второй раствор синтеза подвергают десорбированию при использовании в качестве десорбирующего газа диоксида углерода, а смешанный газовый поток, полученный в десорбере, отправляют в конденсатор совместно со свежим аммиаком и карбаматным потоком, после чего конденсат, который получают в конденсаторе, подают в первую реакторную секцию, а мочевинный поток, который получают в десорбере, дополнительно очищают в секции извлечения. Один пример такого способа получения мочевины описывается в документе И8-6680407. В данном патенте описывается способ получения мочевины, в котором все устройства из числа двух реакторных секций, конденсатора и скруббера объединяют в одной емкости. Вследствие использования данной емкости для синтеза мочевины, который протекает при высоком давлении, изготовление емкости является дорогостоящим, а вследствие наличия внутри данной емкости различных секций ее также трудно конструировать. Кроме того, установка по производству мочевины, которая включает данную емкость, является очень высокой.

Цель изобретения заключается в устранении данных недостатков.

Изобретение характеризуется тем, что течение первого раствора синтеза из первой реакторной секции во вторую реакторную секцию, течение второго раствора синтеза из второй реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в первую реакторную секцию происходит за счет гравитационного течения.

Преимуществом этого является возможность получения низкой установки по производству мочевины, включающей две небольшие реакторные секции, которые легко размещать в конструкции.

Еще одним преимуществом являются реализация способа полностью на основе гравитационного течения для основного рецикла непревращенных аммиака и диоксида углерода в секции синтеза высокого давления способа получения мочевины и отсутствие необходимости использования энергопотребляющих насосов, компрессоров или эжекторов.

В одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения десорбер, а также вторую реакционную секцию размещают в установке на уровне земной поверхности. Таким образом, два тяжелых элемента оборудования размещают в установке на очень низкой высотной отметке, что в результате приводит к значительному уменьшению необходимых инвестиционных затрат на конструкцию, которая должна вмещать данные тяжелые элементы оборудования. Низкое расположение данных элементов оборудования дополнительно упрощает проведение деятельности по эксплуатации и техническому обслуживанию, которая потребуется для данных единиц оборудования. Кроме того, низкая высотная отметка для тяжелых элементов оборудования является предпочтительной и с точки зрения безопасности, поскольку она сводит к минимуму деятельность людей на высотном уровне и оптимизирует технику безопасности во время сооружения и эксплуатации установки.

Способ получения мочевины включает секцию синтеза высокого давления и одну или несколько секций извлечения при пониженном давлении. Секция высокого давления включает реакторную секцию, в которой получают раствор синтеза мочевины, десорбер, в котором раствор синтеза мочевины подвергают десорбированию, и конденсатор, в котором конденсируют газы, высвобожденные в зоне десорбирования.

Синтез проводят в двух реакторных секциях. Реакторную секцию в настоящем документе определяют как секцию, в которой получают по меньшей мере 20 мас.% от совокупного количества мочевины в секции синтеза.

Реакторные секции размещают последовательно, и они могут представлять собой две раздельные емкости или две реакторные секции, размещенные в одной емкости. Реакторная секция также может быть объединена в одной емкости и с конденсаторной секцией. В случае использования конденсатора в виде погружного конденсатора и достаточно продолжительного времени пребывания в конденсаторной секции в конденсаторе будет получено более чем 20 мас.% от совокупного количества мочевины, и, таким образом, он будет функционировать в качестве реакторной секции.

Аммиак и диоксид углерода подают в реакторные секции либо непосредственно, либо опосредованно. Аммиак и диоксид углерода могут быть введены в способ получения мочевины в различных местах в секции синтеза высокого давления или в секциях извлечения. Предпочтительно аммиак подают в конденсатор. Предпочтительно диоксид углерода в основном используют в качестве противоточного газового потока во время десорбирования раствора синтеза мочевины. Часть диоксида углерода может быть подана в первую или вторую реакторные секции.

В десорбере раствор синтеза мочевины подвергают десорбированию в противотоке с диоксидом углерода при подводе тепла. Также может быть использовано термическое десорбирование. Термическое десорбирование подразумевает разложение карбамата аммония в растворе синтеза мочевины и удаление из раствора мочевины находящихся в нем аммиака и диоксида углерода исключительно в результате подвода тепла. Десорбирование также может быть осуществлено в две и более стадии. Газовый поток,

- 1 016786 содержащий аммиак и диоксид углерода, который высвобождается из десорбера, отправляют в конденсатор высокого давления. Газовую смесь, полученную в десорбере, конденсируют при отводе тепла и абсорбируют в конденсаторе карбамата высокого давления, после чего получающийся в результате карбамат аммония переводят в реакторную секцию для получения мочевины.

Конденсатором высокого давления могут быть, например, конденсатор с падающей пленкой или так называемый погружной конденсатор, что описывается в документе ΝΓ-Ά-8400839. Погружной конденсатор может быть размещен горизонтально или вертикально.

В секции синтеза высокого давления давление является, по существу, равным давлению синтеза мочевины в реакторных секциях, которое представляет собой давление, при котором происходит образование мочевины. Давлением синтеза мочевины обычно является давление в диапазоне 11-40 МПа, предпочтительно 12,5-19 МПа. Давление в остальной части секции высокого давления является, по существу, равным давлению в реакторной секции. По существу, равенство подразумевает то, что давление в остальной части секции высокого давления является менее чем на 0,5 МПа, большим или меньшим, чем в реакторной секции.

Тот факт, что течение первого раствора синтеза из первой реакторной секции во вторую реакторную секцию, течение второго раствора синтеза из второй реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в первую реакторную секцию обеспечивается за счет гравитационного течения, означает то, что для данного течения не используют каких-либо средств стимулирования течения, подобных, например, насосам, компрессорам и эжекторам.

Для защиты материалов конструкции от коррозии в способ получения мочевины добавляют окислитель. На металлических деталях образуется оксидная пленка, которая защищает от коррозии. Данный способ известен под названием пассивирования. Пассиватор может представлять собой кислород или соединение, высвобождающее кислород, что описывается, например, в документе И8-Л-2727069. Кислород может быть добавлен, например, в виде воздуха или в виде пероксида.

Восприимчивые к коррозии детали в секции высокого давления в способе получения мочевины могут быть изготовлены из аустенитно-ферритной двухфазной стали, характеризующейся уровнем содержания хрома в диапазоне от 26 до 35 мас.% и уровнем содержания никеля в диапазоне от 3 до 10 мас.%. Данный тип стали является менее восприимчивым к коррозии. В случае использования данного типа стали для изготовления реакторных секций и десорбера можно уменьшить или опустить введение окислителя в способ получения мочевины.

Предпочтительно уровень содержания хрома в аустенитно-ферритной двухфазной стали находится в диапазоне 26-30 мас.%. В секции высокого давления из аустенитно-ферритной двухфазной стали предпочтительно изготавливают часть реакторной секции и десорбера.

В секции извлечения аммиак и диоксид углерода, которые не были удалены из раствора синтеза мочевины в десорбере, извлекают из мочевиносодержащего потока, полученного в секции синтеза высокого давления, для отправления на рецикл в секцию высокого давления. В секции извлечения давление является меньшим, чем в секции синтеза высокого давления. В способе получения мочевины, соответствующем настоящему изобретению, имеется по меньшей мере одна секция извлечения низкого давления. В случае наличия более чем одной секции извлечения по меньшей мере одну из секций извлечения эксплуатируют при среднем давлении, а одну - при низком давлении.

Средним давлением является давление в диапазоне от 1,0 до 8,0 МПа, предпочтительно от 1,2 до 3,0 МПа. Низким давлением является давление в диапазоне от 0,2 до 0,8 МПа, предпочтительно от 0,3 до 0,5 МПа.

Газ синтеза, который не прореагировал во второй реакторной секции, может быть удален из второй реакторной секции и может быть отправлен в скруббер, в котором аммиак и диоксид углерода, присутствующие в газовом потоке, удаляют из него в результате абсорбирования в карбаматном потоке низкого давления. Данный карбаматный поток отправляют на рецикл из секции извлечения низкого давления способа получения мочевины. Скруббер может функционировать при высоком давлении или при среднем давлении. Предпочтительно используют скруббер среднего давления вследствие большей дешевизны изготовления аппарата среднего давления. Реализацию способа газоочистки в скруббере можно стимулировать при использовании теплообменника, который отводит тепло из способа. Карбаматный поток из скруббера высокого давления может быть возвращен в реакторную секцию, при необходимости через конденсатор карбамата высокого давления. Карбаматный поток из скруббера среднего давления может быть возвращен непосредственно в первую реакторную секцию или может быть отправлен в первую реакторную секцию через конденсатор карбамата высокого давления.

Функции первой и второй реакторных секций, конденсатора карбамата высокого давления и скруббера высокого давления могут быть объединены в одной или двух емкостях высокого давления, функции данных секций в емкостях высокого давления могут быть разделены перегородками, рассчитанными на небольшие разности давлений.

Определенные функции также можно объединять в одном пространстве без использования разделяющих перегородок. Один пример такого объединения представляет собой объединение первой реак

- 2 016786 торной секции с конденсатором в погружном конденсаторе. Такое объединение будет в особенности выгодным с точки зрения как затрат, так и эксплуатации в случае реализации теплообменной функции конденсатора в форме кожухотрубного теплообменника, относящегося к типу с И-образными трубками, где текучая среда высокого давления находится в межтрубном пространстве.

Объединению различных секций в одной емкости в качестве специального преимущества свойственна возможность реализации существенной экономии в отношении капиталовложений вследствие намного меньшего количества прокладываемых труб высокого давления. В дополнение к этому, данный вариант увеличивает надежность устройства вследствие значительного уменьшения количества чувствительных к протечкам соединений высокого давления, создаваемых между трубами и оборудованием. Хорошо известным примером является уже упомянутое объединение реакторных секций, что описывается в документах υδ-Α-5767313, υδ-Ά-5936122 и \УО 00/43358. Один предпочтительный вариант реализации представляет собой объединение бассейнового конденсатора и горизонтальной реакторной секции, который описывается в документе υδ-Ά-5767313, в котором представлена так называемая бассейновая реакторная секция.

Далее в настоящем документе изобретение будет более подробно разъяснено на примерах без ограничения его ими.

Пример I.

Один пример способа, соответствующего изобретению, представлен на фиг. 1. Часть высокого давления способа получения мочевины, соответствующего фиг. 1, включала вторую реакторную секцию (Р), десорбер СО₂ (Д) и погружную конденсаторную/первую реакторную секцию (К), которую расположили горизонтально. Кроме того, способ включал абсорбер среднего давления (СА) и секцию извлечения низкого давления, где мочевинный поток (М) подвергали дополнительной очистке.

Во вторую реакторную секцию (Р) подавали небольшое количество диоксида углерода. Во второй реакторной секции первый раствор синтеза мочевины (РС) вводили в реакцию с диоксидом углерода для получения второго раствора синтеза мочевины (РСМ), который отправляли в десорбер (Д) и подвергали десорбированию в результате подвода тепла и при использовании диоксида углерода в качестве десорбирующего газа. Во время десорбирования получали смешанный газовый поток (СГ), который совместно с реакционными газами (РГ), поступающими с верха второй реакторной секции (Р), через барботер подавали в конденсаторную/первую реакторную секцию. В первую реакторную секцию совместно с аммиаком также подавали и карбаматный поток (КП), поступающий из абсорбера среднего давления (СА). Данный поток также подавали в конденсаторную/первую реакторную секцию при использовании барботера. Полученный первый раствор синтеза мочевины отправляли во вторую реакторную секцию, а газы, которые не конденсировались, (НКГ) отправляли в абсорбер среднего давления (СА). В абсорбере среднего давления газы абсорбировали в карбаматном потоке низкого давления (КН) и конденсировали. Газы, которые не абсорбировались, (НАГ) отправляли в секцию извлечения низкого давления.

Течение для РСМ, СГ и РС полностью обеспечивалось за счет гравитационного течения. Для перемещения текучей среды или газов каких-либо насосов или эжекторов не использовали.

В совокупном количестве полученной мочевины 65 мас.% получали в конденсаторе, а 35 мас.% получали во второй реакторной секции.

Пример II.

Один пример способа, соответствующего изобретению, представлен на фиг. 2. Часть высокого давления способа получения мочевины, соответствующего фиг. 2, включала первую и вторую реакторные секции (Р1 и Р2), десорбер СО2 (Д), конденсатор с падающей пленкой (К), абсорбер высокого давления (ВА) и секцию извлечения низкого давления, где мочевинный поток (М) подвергали дополнительной очистке.

Во вторую реакторную секцию (Р2) подавали небольшое количество диоксида углерода. Во второй реакторной секции первый раствор синтеза мочевины (РС), поступающий из первой реакторной секции (Р1), вводили в реакцию с диоксидом углерода для получения второго раствора синтеза мочевины (РСМ), который отправляли в десорбер (Д) и подвергали десорбированию в результате подвода тепла и при использовании диоксида углерода в качестве десорбирующего газа. Во время десорбирования получали смешанный газовый поток (СГ), который подавали вверх конденсатора с падающей пленкой (К). В конденсатор также подавали карбаматный поток (ВК), поступающий из абсорбера высокого давления (ВА), а также свежий аммиак.

Полученный карбаматный раствор (КР) отправляли в первую реакторную секцию (Р1) совместно с газами, которые не конденсировались. Реакционные газы (РГ), поступающие с верха первого и второго реакторов, отправляли в абсорбер высокого давления (ВА). В абсорбере высокого давления газы абсорбировали в карбаматном потоке низкого давления (КН) и конденсировали. Газы, которые не абсорбировались, (НАГ) отправляли в секцию извлечения низкого давления.

Течение для РСМ, СГ, КР и РС полностью обеспечивалось за счет гравитационного течения. Для перемещения текучей среды или газов каких-либо насосов или эжекторов не использовали.

В совокупном количестве полученной мочевины 70 мас.% получали в первой реакторной секции, а 30 мас.% получали во второй реакторной секции.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения мочевины из аммиака и диоксида углерода в установке по производству мочевины, включающей секцию синтеза высокого давления, включающую две реакторные секции, десорбер и конденсатор, и секцию извлечения, в котором в первой реакторной секции получают первый раствор синтеза, который подают во вторую реакторную секцию; во вторую реакторную секцию подают свежий диоксид углерода и получают второй раствор синтеза, который подают в десорбер, где второй раствор синтеза подвергают десорбированию с использованием в качестве десорбирующего газа диоксида углерода, а смешанный газовый поток, полученный в десорбере, отправляют в конденсатор совместно со свежим аммиаком и карбаматным потоком, после чего конденсат, который получают в конденсаторе, подают в первую реакторную секцию, а мочевинный поток, который получают в десорбере, дополнительно очищают в секции извлечения, отличающийся тем, что течение первого раствора синтеза из первой реакторной секции во вторую реакторную секцию, течение второго раствора синтеза из второй реакторной секции в десорбер, течение смешанного газового потока из десорбера в конденсатор и течение конденсата из конденсатора в первую реакторную секцию обеспечивается за счет гравитационного течения.
2. Способ по п.1, в котором как десорбер, так и вторую реакционную секцию размещают на уровне земной поверхности.
3. Способ по п.1 или 2, в котором газовый поток высвобождают из верха второй реакторной секции и отправляют в скруббер среднего давления, в котором аммиак и диоксид углерода, присутствующие в газовом потоке, удаляют из него в результате абсорбирования в карбаматном потоке низкого давления.
4. Способ по п.1, в котором газовый поток высвобождают из верха второй реакторной секции и отправляют в скруббер высокого давления, в котором аммиак и диоксид углерода, присутствующие в газовом потоке, удаляют из него в результате абсорбирования в карбаматном потоке низкого давления.
5. Способ по п.1, в котором газовый поток высвобождают из верха первой реакторной секции и верха второй реакторной секции, а объединенный газовый поток из обеих реакторных секций отправляют в скруббер среднего давления или скруббер высокого давления, в котором аммиак и диоксид углерода, присутствующие в объединенном газовом потоке, удаляют из него в результате абсорбирования в карбаматном потоке низкого давления.
6. Способ по п.1, в котором первую реакторную секцию и вторую реакторную секцию объединяют в одной емкости.
7. Способ по п.1, в котором первую реакторную секцию и конденсатор объединяют в одной емкости.
8. Способ по п.7, в котором емкость располагают горизонтально.
9. Способ по п.1, в котором конденсатор представляет собой погружной конденсатор, который располагают горизонтально.
10. Способ по п.9, в котором погружной конденсатор относится к кожухотрубному типу и текучие среды высокого давления находятся в межтрубном пространстве.
11. Способ по п.10, в котором теплообменник кожухотрубного типа относится к типу с Иобразными трубками.
12. Способ по любому из пп.1-11, в котором по меньшей мере часть реакторной или десорбирующей секции изготавливают из аустенитно-ферритной двухфазной стали, характеризующейся уровнем содержания хрома в диапазоне от 26 до 35 мас.% и уровнем содержания никеля в диапазоне от 3 до 10 мас.%.