RU2069657C1

RU2069657C1 - Method of producing urea

Info

Publication number: RU2069657C1
Application number: SU914913252A
Authority: RU
Inventors: Д.В. Котлярский; А.Б. Гендельман; А.И. Гусев; Р.Н. Дурач; В.А. Тарасов
Original assignee: Научно-исследовательский и проектный институт карбамида и продуктов органического синтеза
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1991-02-22
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: chemical engineering; urea production. SUBSTANCE: urea is produced by interaction of carbon dioxide with excess ammonia in two separated synthesis zones with feeding of recycled reactants only into the 1st zone wherein lower pressure than that in the 2nd zone is maintained. Out of melt from the 2nd zone, gases are released at the same pressure as that in the 1st zone. Released gases are conveyed into the step of absorption- condensation of reactants distilled out of synthesis melt at pressure equal to that in the 1st zone. Separation of gas products out of melt coming from the 2nd zone is preferable to be carried out with gas flow from the 2nd zone or gases from stripping zone. Stripped urea solution is successively treated in the steps of low- pressure distillation and water vacuum-distillation to yield concentrated urea and aqueous solution of carbon-ammonium salts recycled as absorbent. EFFECT: reduced power consumption. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения карбамида из аммиака и диоксида углерода. The invention relates to methods for producing urea from ammonia and carbon dioxide.

Известны способы получения карбамида, включающие стадию его синтеза из аммиака и диоксида углерода при повышенных температурах и давлениях, стадии отгонки неконвертированных реагентов на нескольких ступенях с понижением давления, на первой из которых отгонку производят при давлении, равном давлению стадии синтеза карбамида с образованием на последней ступени водного раствора карбамида и выделением карбамида из этого раствора известными способами, стадии абсорбции-конденсации реагентов, отогнанных из плава на каждой ступени, с образованием рециркулируемых на стадию синтеза водных растворов углеаммонийных солей (УАС)) [1]
Известен способ получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза путем подачи в первую зону смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, при введении потоков свежих аммиака и диоксида углерода во вторую зону синтеза, давление в которой выше давления в первой зоне, вывода газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава из каждой зоны синтеза, абсорбции газообразных продуктов реакции, смешения потоков плава, поступающих из первой и второй зон синтеза, и разложения части содержащегося в плаве карбамата в отпарной зоне при давлении, равном давлению первой зоны синтеза, в потоке свежего диоксида углерода при подводе тепла с отделением образовавшегося газового потока, его смешением с насыщенным на стадии абсорбции раствором УАС и свежим аммиаком и с подачей смеси в первую зону синтеза, при выводе из нижней части отпарной зоны частично отпаренного раствора карбамида и его последовательной обработке на стадии дистилляции низкого давления и стадиях выпаривания воды в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора УАС, используемого в качестве абсорбента на стадии абсорбции газообразных продуктов синтеза [2]
Значительные энергетические затраты на отгонку неконвертированных реагентов из плава синтеза карбамида ограничивают возможность использования этого способа в промышленности.Known methods for producing urea, including the stage of its synthesis from ammonia and carbon dioxide at elevated temperatures and pressures, the stage of distillation of unconverted reagents in several stages with a decrease in pressure, in the first of which the distillation is carried out at a pressure equal to the pressure of the urea synthesis stage with the formation in the last stage an aqueous solution of urea and the allocation of urea from this solution by known methods, the stage of absorption-condensation of reagents distilled from the melt at each stage, with the image vaniem recycled to step synthesis of aqueous solutions of salts ugleammoniynyh (UAS)) [1]
A known method of producing urea by the interaction of ammonia and carbon dioxide in two synthesis zones by feeding into the first zone a mixture containing ammonia, carbon dioxide, ammonium carbamate, water and impurities, by introducing fresh ammonia and carbon dioxide streams into the second synthesis zone, the pressure of which is higher pressure in the first zone, withdrawal of the gas mixture of unreacted substances and liquid melt from each synthesis zone, absorption of gaseous reaction products, mixing of the melt flows coming from the first and second synthesis zones, and decomposition part of the carbamate contained in the melt in the stripping zone at a pressure equal to the pressure of the first synthesis zone in a stream of fresh carbon dioxide when heat is added to separate the resulting gas stream, mixed with saturated UAS solution and fresh ammonia, and the mixture is fed into the first a synthesis zone, when a partially steamed urea solution is removed from the lower part of the stripping zone and subsequently processed at a low pressure distillation stage and stages of water evaporation in a vacuum to obtain a concentrate urea and an aqueous solution of UAS used as absorbent in the stage of absorption of gaseous synthesis products [2]
Significant energy costs for the distillation of unconverted reagents from the urea synthesis melt limit the possibility of using this method in industry.

Для снижения энергетических затрат предложен способ получения карбамида, который включает взаимодействие аммиака и диоксида углерода в двух зонах синтеза путем подачи в первую зону синтеза смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония, воду и примеси, при введении потоков свежих аммиака и диоксида углерода во вторую зону синтеза, давление в которой выше давления в первой зоне, вывода газовой смеси не вступивших в реакцию веществ и жидкого плава из каждой зоны синтеза, абсорбции газообразных продуктов реакции, смешения потоков плава, поступающих из первой и второй зон синтеза, и разложения части содержащегося в плаве карбамата в отпарной зоне при давлении, равном давлению в первой зоне синтеза, в потоке свежего диоксида углерода при подводе тепла с отделением образовавшегося газового потока, его смешением с насыщенным на стадии абсорбции раствором УАС и свежим аммиаком и с подачей смеси в первую зону синтеза, при выводе из нижней части отпарной зоны частично отпаренного раствора карбамида и его последовательной обработке на стадии дистилляции низкого давления и стадиях выпаривания воды в вакууме с получением концентрированного карбамида и водного раствора УАС, используемого в качестве абсорбента на стадии абсорбции газообразных продуктов синтеза. В этом способе из плава, образовавшегося во второй зоне синтеза, перед его смешением с плавом, образовавшися в первой зоне синтеза, отделяют газы при давлении, равном давлению в первой зоне синтеза, и направляют их на стадию абсорбции или стадию смешения газов из отпарной зоны с раствором УАС и свежим аммиаком. To reduce energy costs, a method for producing urea is proposed, which includes the interaction of ammonia and carbon dioxide in two synthesis zones by feeding a mixture containing ammonia, carbon dioxide, ammonium carbamate, water and impurities into the first synthesis zone with the introduction of streams of fresh ammonia and carbon dioxide the second synthesis zone, the pressure of which is higher than the pressure in the first zone, the withdrawal of the gas mixture of unreacted substances and liquid melt from each synthesis zone, the absorption of gaseous reaction products, mixing sweat of melt coming from the first and second synthesis zones, and the decomposition of part of the carbamate contained in the melt in the stripping zone at a pressure equal to the pressure in the first synthesis zone, in a stream of fresh carbon dioxide when heat is supplied with separation of the resulting gas stream, mixing it with saturated the absorption stage of the UAS solution and fresh ammonia and with the mixture being fed into the first synthesis zone, when a partially steamed urea solution is removed from the lower part of the stripping zone and subsequently processed at the low pressure distillation stage stages of evaporation of water in a vacuum to obtain concentrated urea and an aqueous solution of UAS, used as an absorbent in the stage of absorption of gaseous synthesis products. In this method, from the melt formed in the second synthesis zone, before it is mixed with the melt, the gases formed in the first synthesis zone separate the gases at a pressure equal to the pressure in the first synthesis zone and direct them to the absorption stage or the stage of gas mixing from the stripping zone with UAS solution and fresh ammonia.

В рассматриваемой системе синтез карбамида в первой и второй зоне приводит к получению плавов синтеза карбамида различного состава. Это позволяет уменьшить общее количество неконвертированных реагентов, которые приходится отгонять из плава синтеза карбамида, и, соответственно, снизить энергетические затраты на их отгонку. In the system under consideration, urea synthesis in the first and second zones leads to the production of urea synthesis melts of various compositions. This allows you to reduce the total number of unconverted reagents that have to be driven away from the urea synthesis melt, and, accordingly, to reduce the energy costs of their distillation.

Процесс по предложенному способу можно осуществлять, подвергая плав синтеза карбамида из второй зоны синтеза дросселирования до давления первой зоны синтеза карбамида и простой адиабатической сепарации газов. The process according to the proposed method can be carried out by subjecting the carbamide synthesis melt from the second synthesis throttling zone to the pressure of the first carbamide synthesis zone and simple adiabatic gas separation.

Предложены две модификации способа: 1) отделять газы из плава синтеза карбамида, образовавшегося во второй зоне синтеза, в токе газов из первой зоны синтеза; 2) отделять газы из плава синтеза карбамида, образовавшегося во второй зоне синтеза, в токе газообразных неконвертированных реагентов, отогнанных в отпарной зоне. Эти приемы увеличивают степень отделения газов из плава и снижают энергозатраты. Во всех примерах количества реагентов даны в кг/ч. Two modifications of the method are proposed: 1) to separate gases from the urea synthesis melt formed in the second synthesis zone in a gas stream from the first synthesis zone; 2) to separate the gases from the urea synthesis melt formed in the second synthesis zone in a stream of gaseous unconverted reagents distilled off in the stripping zone. These techniques increase the degree of separation of gases from the melt and reduce energy consumption. In all examples, the amounts of reagents are given in kg / h.

П р и м е р 1. Процесс получения карбамида проводят в двух зонах синтеза согласно фиг.1. В реактор 1, работающий при давлении 19 МПа, и 200^oС, подают 22602 жидкого NH₃ (поток 2) и поток 3, содержащий 13000 диоксида углерода и 500 инертов. Из реактора 1 потоком 4 отводят газовую фазу (3000 NH₃, 500 инертов), которую направляют в конденсатор 5. Раствор из реактора 1 (поток 6), содержащий 13827 карбамида, 2860 CO₂, 11767 NH₃, 4149 H₂O, подают в сепаратор 7, работающий при давлении 14 МПа. За счет адиабатического расширения в сепараторе происходит разделение жидкой и газовой фаз. Газовую фазу, содержащую 670 NH₃, 150 CO₂, 10 H₂O (поток 8), направляют в скруббер 9, где ее смешивают с газовой фазой (поток 10: 6327 NH₃, 5159 CO₂, 362 H₂O, 1500 инерты) и подвергают абсорбции-конденсации. Раствор из сепаратора 7 потоком 11, содержащим 11097 NH₃, 2710 СO₂, 13827 карбамида, 4139 H₂O, подают в стриппер 12 для отгонки аммиака и карбамата аммония. В стриппер подают также поток 13 (38879 NH₃, 25187 СO₂ 43940 карбамида, 26660 H₂O). В стриппере происходит выделение аммиака и диоксида углерода из растворов за счет тепла, подводимого паром (давление 2,0 МПа). Для интенсификации процесса в нижнюю часть аппарата подают газообразный диоксид углерода поток 14 (29363 CO₂, 1000 инерты). Подача диоксида углерода позволяет снизить парциальное давление NH₃ в газовой фазе и значительно увеличить степени отгона аммиака и разложения карбамата аммония.PRI me R 1. The process of producing urea is carried out in two synthesis zones according to figure 1. To reactor 1, operating at a pressure of 19 MPa and 200 ^{° C.} , 22602 liquid NH ₃ (stream 2) and stream 3 containing 13000 carbon dioxide and 500 inert are fed. From the reactor 1, a gas phase (3000 NH ₃ , 500 inert) is withdrawn by stream 4, which is sent to the condenser 5. A solution from the reactor 1 (stream 6) containing 13827 carbamide, 2860 CO ₂ , 11767 NH ₃ , 4149 H ₂ O, is fed in the separator 7, operating at a pressure of 14 MPa. Due to adiabatic expansion in the separator, the liquid and gas phases are separated. The gas phase containing 670 NH ₃ , 150 CO ₂ , 10 H ₂ O (stream 8) is sent to a scrubber 9, where it is mixed with the gas phase (stream 10: 6327 NH ₃ , 5159 CO ₂ , 362 H ₂ O, 1500 inert) and subjected to absorption-condensation. The solution from the separator 7 by a stream 11 containing 11097 NH ₃ , 2710 CO ₂ , 13827 urea, 4139 H ₂ O, is fed to stripper 12 for distillation of ammonia and ammonium carbamate. Stream 13 (38879 NH ₃ , 25187 CO ₂ 43940 urea, 26660 H ₂ O) is also fed to the stripper. In the stripper, ammonia and carbon dioxide are released from the solutions due to the heat supplied by the steam (pressure 2.0 MPa). To intensify the process, gaseous carbon dioxide stream 14 (29363 CO ₂ , 1000 inert) is supplied to the lower part of the apparatus. The supply of carbon dioxide can reduce the partial pressure of NH ₃ in the gas phase and significantly increase the degree of distillation of ammonia and decomposition of ammonium carbamate.

Газовую фазу из стриппера потоком 15, содержащим 37870 NH₃, 45369 CO₂, 36 H₂O 1000 инертов, направляют в конденсатор 5, где вместе с потоками 4 и 16 (29236 NH₃, 17200 CO₂, 13804 H₂O) она конденсируется. Теплота конденсации аммиака и образования карбамата аммония расходуется на образование пара (давление 0,35 МПа), используемого для выделения неконвертированных реагентов и воды на стадиях дистилляции и упаривания раствора карбамида. Полученная газожидкостная смесь потоком 17 (70106 NH₃, 62569 CO₂, 13840 H₂O, 1500 инерты) поступает в реактор 18, где протекает реакция образования карбамида при давлении 14 МПа.The gas phase from the stripper, stream 15, containing 37870 NH ₃ , 45369 CO ₂ , 36 H ₂ O 1000 inert, is sent to the condenser 5, where together with streams 4 and 16 (29236 NH ₃ , 17200 CO ₂ , 13804 H ₂ O) it condenses. The heat of condensation of ammonia and the formation of ammonium carbamate is spent on the formation of steam (pressure 0.35 MPa), used to isolate unconverted reagents and water at the stages of distillation and evaporation of the urea solution. The resulting gas-liquid mixture stream 17 (70106 NH ₃ , 62569 CO ₂ , 13840 H ₂ O, 1500 inert) enters the reactor 18, where the urea formation reaction occurs at a pressure of 14 MPa.

Раствор карбамида из стриппера (12106 NH₃, 11891 CO₂, 57767 карбамида, 30763 H₂O) потоком 19 поступает на стадию дистилляции низкого давления в колонне 20, где происходит дальнейшее выделение в газовую фазу аммиака и CO₂ при давлении 0,25 МПа. Полученный раствор карбамида из колонны 20 потоком 21 (1101 NH₃, 437 CO₂, 57767 карбамида, 28075 H₂O) направляют на стадию вакуум-концентрирования. Газы дистилляции потоком 22, содержащим 11005 NH₃, 11454 CO₂, 2688 H₂O, поступают в конденсатор-абсорбер 23, где осуществляется абсорбция газов слабым раствором УАС. Концентрирование раствора карбамида проводится в выпарных аппаратах 24, необходимое тепло подводится паром 0,35 МПа. Плав карбамида (поток 25), содержащий 57767 карбамида, 173 H₂O, подают на стадию гранулирования (не показано), где получают 57940 готового продукта. Вакуум на стадии концентрирования раствора карбамида создают системой паровых эжекторов 26. Соковый пар конденсируется в системе конденсаторов 27, 28, охлаждаемых оборотной водой. В конденсатор 28 поступают также сдувки из конденсатора-абсорбера 23 (поток 29), содержащие 5 NH₃, 1 H₂O. Из конденсаторов поток 30, содержащий 1101 NH₃, 437 CO₂, 42110 H₂O, подают в сборник 31, откуда насосом 32 часть раствора потоком 33 (156 NH₃, 62 CO₂, 5972 H₂O) подают на орошение абсорбера 34. В нижнюю часть абсорбера потоком 35 (1225 NH₃, 210 CO₂, 36 H₂O, 1500 инерты) поступает газовая фаза из скруббера 9. После абсорбции аммиака и CO₂ инерты потоком 36 (1500) сбрасывают в атмосферу. Полученный в абсорбере раствор УАС потоком 37 (1381 NH₃, 272 CO₂, 6008 H₂O) поступает в конденсатор 23. Часть конденсата сокового пара из сборника 31 потоком 38 (945 NH₃, 375 CO₂, 36138 H₂) откачивают на стадию очистки сточных вод (не показано), где из раствора десорбируют NH₃ и CO₂ и потоком 39 (962 NH₃, 375 CO₂, 4773 H₂O) возвращают в систему дистилляции.A solution of urea from a stripper (12106 NH ₃ , 11891 CO ₂ , 57767 urea, 30763 H ₂ O) is fed by stream 19 to the low-pressure distillation stage in column 20, where ammonia and CO ₂ are further released into the gas phase at a pressure of 0.25 MPa . The resulting urea solution from the column 20 by stream 21 (1101 NH ₃ , 437 CO ₂ , 57767 urea, 28075 H ₂ O) is sent to the vacuum concentration stage. Distillation gases by stream 22, containing 11005 NH ₃ , 11454 CO ₂ , 2688 H ₂ O, enter the condenser-absorber 23, where the gases are absorbed by a weak solution of UAS. The concentration of the urea solution is carried out in evaporators 24, the necessary heat is supplied by steam 0.35 MPa. A urea melt (stream 25) containing 57767 urea, 173 H ₂ O, is fed to a granulation step (not shown), where 57,940 finished products are obtained. The vacuum at the stage of concentration of the urea solution is created by a system of steam ejectors 26. Juice vapor condenses in a system of condensers 27, 28, cooled by circulating water. Blow-offs from the condenser-absorber 23 (stream 29) containing 5 NH ₃ , 1 H ₂ O are also supplied to the condenser 28. From the condensers, stream 30 containing 1101 NH ₃ , 437 CO ₂ , 42110 H ₂ O is fed to a collector 31, where, by pump 32, part of the solution is fed by stream 33 (156 NH ₃ , 62 CO ₂ , 5972 H ₂ O) for irrigation of the absorber 34. In the lower part of the absorber, stream 35 (1225 NH ₃ , 210 CO ₂ , 36 H ₂ O, 1,500 inert) the gaseous phase comes from the scrubber 9. After the absorption of ammonia and CO _{2, the} inert stream 36 (1500) is discharged into the atmosphere. Obtained in the absorber, the UAS solution with a stream of 37 (1381 NH ₃ , 272 CO ₂ , 6008 H ₂ O) enters the condenser 23. A part of the condensate of the juice vapor from the collector 31 with a stream 38 (945 NH ₃ , 375 CO ₂ , 36138 H ₂ ) is pumped out a wastewater treatment step (not shown), where NH ₃ and CO _{2 are} desorbed from the solution, and stream 39 (962 NH ₃ , 375 CO ₂ , 4773 H ₂ O) is returned to the distillation system.

Полученный в абсорбере 23 раствор УАС (поток 40: 13343 NH₃, 12101 CO₂, 13168 H₂O) с помощью насоса 41 подают в скруббер 9, где используют в качестве абсорбента NH₃ и CO₂ из газовой фазы реакторов 1-ой и 2-ой зон синтеза. Из скруббера 9 раствор УАС потоком 42 (19115 NH₃, 17200 CO₂, 13804 H₂O) с помощью эжектора 43 подают в конденсатор 5. Рабочим потоком эжектора служит жидкий аммиак (поток 44: 10121 NH₃).The UAS solution obtained in the absorber 23 (stream 40: 13343 NH ₃ , 12101 CO ₂ , 13168 H ₂ O) is fed into a scrubber 9 using a pump 41, where NH ₃ and CO ₂ are used as absorbent from the gas phase of the first and 2nd synthesis zones. From the scrubber 9, the UAS solution with a stream 42 (19115 NH ₃ , 17200 CO ₂ , 13804 H ₂ O) is fed to a condenser 5 using an ejector 43. Liquid ammonia serves as a working stream of the ejector (stream 44: 10121 NH ₃ ).

Процесс по предлагаемому способу характеризуется следующими показателями:
Соотношение NH₃ CO₂ H₂O (молярное)
На выходе в реактор 1 4,5:1:0
На входе в реактор 18 2,9:1:0,54
Степень конверсии диоксида углерода:
В реакторе 1 78,0
В реакторе 18 51,5
Суммарная по обоим реакторам 56,1.The process of the proposed method is characterized by the following indicators:
The ratio of NH ₃ CO ₂ H ₂ O (molar)
At the outlet to the reactor 1 4.5: 1: 0
At the inlet to the reactor 18 2.9: 1: 0.54
The degree of conversion of carbon dioxide:
In reactor 1 78.0
In the reactor 18 51.5
The total for both reactors is 56.1.

Удельное количество отгоняемых веществ на стадиях дистилляции и выпаривания (в т на т карбамида):
Карбамат аммония 0,861
Аммиак 0,502
Вода 0,530
Удельные затраты пара на обработку плава синтеза в Гкал/т карбамида - 0,670.The specific amount of substances to be distilled off at the stages of distillation and evaporation (in tons per ton of urea):
Ammonium carbamate 0.861
Ammonia 0.502
Water 0.530
The specific steam cost for processing the melt synthesis in Gcal / t of urea is 0.670.

П р и м е р 2. Согласно фиг.2 в реактор 1, работающий при давлении 19 МПа и 200^oС, потоком 2 подают жидкий аммиак (22602) и потоком 3 газообразную двуокись углерода (13000 CO₂, 500 инерты). Из реактора 1 газовую фазу потоком 4, содержащим 3000 NH₃, 500 инертов, направляют в конденсатор 5. Раствор, содержащий 13827 карбамида, 2860 CO₂, 11767 NH₃, 4149 H₂O, потоком 6 подают в сепаратор 7, работающий при давлении 14 МПа. В этот же сепаратор поступает поток 8 несконденсированных газов (6327 NH₃, 5159 CO₂, 362 H₂O, 1500 инертов) из реактора 9. В сепараторе 7 за счет дросселирования раствора карбамида и теплоты газов из реактора 9 происходит частичное разложение карбамата аммония и отгон избытка аммиака. Газовую фазу из сепаратора потоком 10 (7400 NH₃, 5400 CO₂, 368 H₂O, 1500 инертов) направляют в скруббер высокого давления 11.PRI me R 2. According to figure 2 in the reactor 1, operating at a pressure of 19 MPa and 200 ^o With stream 2 serves liquid ammonia (22602) and stream 3 gaseous carbon dioxide (13000 CO ₂ , 500 inert). From the reactor 1, the gas phase is sent to a condenser 5 by a stream 4 containing 3000 NH ₃ , 500 inerts. A solution containing 13827 urea, 2860 CO ₂ , 11767 NH ₃ , 4149 H ₂ O is fed by stream 6 to a separator 7 operating at a pressure 14 MPa. A stream of 8 non-condensed gases (6327 NH ₃ , 5159 CO ₂ , 362 H ₂ O, 1,500 inert) from reactor 9 enters the same separator. In the separator 7, due to the throttling of the urea solution and the heat of the gases from the reactor 9, partial decomposition of ammonium carbamate and distillation of excess ammonia. The gas phase from the separator stream 10 (7400 NH ₃ , 5400 CO ₂ , 368 H ₂ O, 1500 inert) is sent to a high pressure scrubber 11.

Раствор из сепаратора 7 потоком 12, в котором содержится 13827 карбамида, 2619 CO₂, 10194 NH₃, 4143 H₂O, поступает в стриппер 13. Сюда же подают раствор из реактора 9 (поток 14: 38688 NH₃, 24874 CO₂, 44367 карбамида, 25539 H₂O), работающего при давлении 14 МПа и 185^oС. В нижнюю часть стриппера подают газообразный диоксид углерода 120^oС (поток 15: 29676 CO₂, 1000 инертов). В стриппере происходит разложение основного количества карбамата аммония из потоков 12 и 14. Необходимая для этого теплота подводится паром (давление 2,0 МПа). Газовая фаза из стриппера потоком 16, содержащим 37870 NH₃, 45369 CO₂, 36 H₂O, 1000 инертов, поступает в конденсатор карбамата 5, где, смешиваясь со свежим аммиаком (поток 17: 10374 NH₃) и потоком 4, конденсируется с выделением теплоты, расходуемой на получение пара низкого давления.The solution from the separator 7 by stream 12, which contains 13827 urea, 2619 CO ₂ , 10194 NH ₃ , 4143 H ₂ O, enters the stripper 13. The solution from reactor 9 is also supplied here (stream 14: 38688 NH ₃ , 24874 CO ₂ , 44367 urea, 25539 H ₂ O) operating at a pressure of 14 MPa and 185 ^° C. Gaseous carbon dioxide 120 ^{° C. is} fed to the lower part of the stripper (stream 15: 29676 CO ₂ , 1000 inert). The stripper decomposes the main amount of ammonium carbamate from streams 12 and 14. The heat required for this is supplied by steam (pressure 2.0 MPa). The gas phase from the stripper, stream 16, containing 37870 NH ₃ , 45369 CO ₂ , 36 H ₂ O, 1000 inert, enters the carbamate condenser 5, where, mixed with fresh ammonia (stream 17: 10374 NH ₃ ) and stream 4, it condenses with the release of heat used to produce low pressure steam.

Полученная в конденсаторе 5 газожидкостная смесь потоком 18, содержащим 70106 NH₃, 62569 CO₂, 12591 H₂O, 1500 инертов, поступает в реактор синтеза карбамида 9. Жидкую фазу из стриппера, содержащую 58194 карбамида, 11462 NH₃, 11800 CO₂, 29646 H₂O, потоком 19 выводят в колонну дистилляции 20 при низком давлении (0,25 МПа), где для разложения карбамата аммония и отгонки аммиака используют пар низкого давления. Раствор карбамида из колонны 20 потоком 21 (58194 карбамида, 445 CO₂, 1113 NH₃, 28276 H₂O) направляют на стадию вакуум-концентрирования. Газы дистилляции потоком 22, который содержит 10349 NH₃, 11355 CO₂, 1370 H₂O, поступают в конденсатор-абсорбер 23, где осуществляется конденсация газов с образованием водного раствора УАС.The gas-liquid mixture obtained in condenser 5 by stream 18, containing 70106 NH ₃ , 62569 CO ₂ , 12591 H ₂ O, 1500 inert, is fed to the urea synthesis reactor 9. The liquid phase from the stripper containing 58194 urea, 11462 NH ₃ , 11800 CO ₂ , 29646 H ₂ O, stream 19 is withdrawn to a distillation column 20 at low pressure (0.25 MPa), where low pressure steam is used to decompose ammonium carbamate and distill off ammonia. The urea solution from the column 20 by stream 21 (58194 urea, 445 CO ₂ , 1113 NH ₃ , 28276 H ₂ O) is sent to the stage of vacuum concentration. Distillation gases by stream 22, which contains 10349 NH ₃ , 11355 CO ₂ , 1370 H ₂ O, enter the condenser-absorber 23, where the gases are condensed to form an aqueous solution of UAS.

Концентрирование раствора карбамида проводят в выпарных аппаратах, необходимую теплоту подводят паром низкого давления. Плав карбамида потоком 25, после упаривания содержащий 58194 карбамида, 175 H₂O, подают на стадию гранулирования (не показано), где получают 58369 товарного продукта.The concentration of the urea solution is carried out in evaporators, the necessary heat is supplied with low pressure steam. The urea melt stream 25, after evaporation containing 58194 urea, 175 H ₂ O, is fed to the granulation stage (not shown), where 58369 commercial product is obtained.

Вакуум на стадии упаривания раствора карбамида создают системой паровых эжекторов 26. Соковый пар конденсируют в системе конденсаторов 27, 28, охлаждаемых водой. В конденсатор 28 поступает также поток 29 из конденсатора-абсорбера 23, содержащий 5 NH₃, 1 H₂O. Полученный конденсат сокового пара потоком 30, содержащим 1118 NH₃, 445 CO₂, 42190 H₂O, выводят в сборник 31, откуда насосом 32 часть раствора (поток 33: 156 NH₃, 62 CO₂, 5907 H₂O) подают на орошение абсорбера 34. В нижнюю часть абсорбера потоком 35 поступают газы из скруббера 11, содержащие 1225 NH₃, 210 CO₂, 36 H₂O, 1500 инертов. После абсорбции аммиака и CO₂ инерты сбрасывают в атмосферу (поток 36: 1500 инертов). Слабый раствор УАС, содержащий 1381 NH₃, 272 CO₂, 5943 H₂O, потоком 37 поступает в конденсатор 23.The vacuum at the stage of evaporation of the urea solution is created by a system of steam ejectors 26. Juice steam is condensed in a system of condensers 27, 28 cooled by water. Condenser 28 also receives a stream 29 from a condenser-absorber 23 containing 5 NH ₃ , 1 H ₂ O. The resulting condensate of juice vapor by a stream 30 containing 1118 NH ₃ , 445 CO ₂ , 42190 H ₂ O is discharged into a collector 31, from where pump 32 part of the solution (stream 33: 156 NH ₃ , 62 CO ₂ , 5907 H ₂ O) is fed to the absorber 34. The gases from the scrubber 11 containing 1225 NH ₃ , 210 CO ₂ , 36 H enter the lower part of the absorber by stream 35 ₂ O, 1500 inert. After the absorption of ammonia and CO _{2, the} inert is discharged into the atmosphere (stream 36: 1500 inert). A weak solution of UAS containing 1381 NH ₃ , 272 CO ₂ , 5943 H ₂ O, stream 37 enters the capacitor 23.

Часть конденсата сокового пара из сборника 31 потоком 38 (962 NH₃, 383 CO₂, 36283 H₂O) направляют на установку очистки сточных вод (не показано) для десорбции содержащихся в нем NH₃ и CO₂. Газовую фазу после десорбции (962 NH₃, 383 CO₂, 4911 H₂O поток 39) подают в конденсатор-абсорбер 23.A portion of the juice vapor condensate from the collection vessel 31 is sent by stream 38 (962 NH ₃ , 383 CO ₂ , 36283 H ₂ O) to a wastewater treatment plant (not shown) for desorption of the NH ₃ and CO ₂ contained therein. The gas phase after desorption (962 NH ₃ , 383 CO ₂ , 4911 H ₂ O stream 39) is fed to the condenser-absorber 23.

Раствор, полученный в конденсаторе 23, содержащий 12687 NH₃, 12010 CO₂, 12223 H₂O (поток 40), насосом 41 подают в скруббер высокого давления 11, в котором происходит абсорбция-конденсация газовой фазы из сепаратора 7. Водный раствор УАС из скруббера 11 (поток 42: 18862 NH₃, 17200 CO₂, 12555 H₂O) с помощью эжектора подают в конденсатор карбамата 5.The solution obtained in the condenser 23, containing 12687 NH ₃ , 12010 CO ₂ , 12223 H ₂ O (stream 40), is pumped into the high-pressure scrubber 11, in which the gas phase is absorbed and condensed from the separator 7, by means of a pump 41 a scrubber 11 (stream 42: 18862 NH ₃ , 17200 CO ₂ , 12555 H ₂ O) is fed into the carbamate condenser 5 using an ejector.

Процесс по предложенному способу характеризуется следующими показателями:
Соотношение NH₃ CO₂ H₂O
На входе в реактор 1 4,5:1:0
На входе в реактор 9 2,9:1:0,49.The process according to the proposed method is characterized by the following indicators:
The ratio of NH ₃ CO ₂ H ₂ O
At the inlet to the reactor 1 4.5: 1: 0
At the inlet to the reactor 9, 2.9: 1: 0.49.

Степень конверсии диоксида углерода:
В реакторе 1 78,0
В реакторе 52,0
Суммарная 56,6
Удельные количества (в т на 1 т карбамида) отгоняемых веществ на стадиях дистилляции и выпарки:
Карбамат аммония 0,837
Избыточный аммиак 0,483
Вода 0,510
Удельные затраты пара на обработку раствора синтеза в Гкал/т карбамида: 0,656
П р и м е р 3. В реактор 1 (фиг.3), работающий при давлении 19,0 МПа и 200^oС, подают жидкий аммиак (поток 2) в количестве 22602 25^oС и газообразный диоксид углерода при 125^oС (поток 3: 13000 CO₂, 500 инерты). Из реактора выводят газовую фазу (поток 4), состоящую из 3000 NH₃ и 500 инертов, в конденсатор карбамата 5. Раствор, содержащий 13827 карбамида, 2860 CO₂, 11767 NH₃, 4149 H₂O (поток 6), направляют в сепаратор 7, где за счет снижения давления до 14 МПа и теплоты вводимых в сепаратор газов дистилляции происходит частичное разложение карбамата аммония и отгонка избыточного аммиака.The degree of conversion of carbon dioxide:
In reactor 1 78.0
In the reactor 52.0
Total 56.6
Specific quantities (in tons per 1 ton of urea) of distilled substances at the stages of distillation and evaporation:
Ammonium carbamate 0.837
Excess ammonia 0.483
Water 0,510
Specific steam consumption for processing the synthesis solution in Gcal / t urea: 0.656
PRI me R 3. In the reactor 1 (figure 3), operating at a pressure of 19.0 MPa and 200 ^o With serves liquid ammonia (stream 2) in the amount of 22602 25 ^o With and gaseous carbon dioxide at 125 ^o With (stream 3: 13000 CO ₂ , 500 inert). The gas phase (stream 4), consisting of 3,000 NH ₃ and 500 inert, is withdrawn from the reactor to the carbamate condenser 5. A solution containing 13827 urea, 2860 CO ₂ , 11767 NH ₃ , 4149 H ₂ O (stream 6) is sent to the separator 7, where due to the reduction of pressure to 14 MPa and the heat of distillation gases introduced into the separator, partial decomposition of ammonium carbamate and distillation of excess ammonia occurs.

Раствор после сепаратора потоком 8 (10077 NH₃, 2313 CO₂, 13827 карбамида, 4143 H₂O) подают в стриппер 9 для дальнейшей отгонки аммиака и CO₂ из плава синтеза. Газ из сепаратора 7 потоком 10 (38943 NH₃, 45610 CO₂, 36 H₂, 1000 инерты) подают в конденсатор карбамата 5, в котором происходит конденсация аммиака и образование карбамата аммония с выделением значительного количества тепла. Теплота расходуется на получение пара с давлением 0,4 МПа, используемого на ступенях дистилляции и упаривания раствора карбамида.The solution after the separator stream 8 (10077 NH ₃ , 2313 CO ₂ , 13827 urea, 4143 H ₂ O) is fed to stripper 9 for further distillation of ammonia and CO ₂ from the melt synthesis. Gas from the separator 7 by a stream of 10 (38943 NH ₃ , 45610 CO ₂ , 36 H ₂ , 1000 inert) is fed to the carbamate condenser 5, in which ammonia condensates and ammonium carbamate forms with the release of a significant amount of heat. Heat is consumed to produce steam with a pressure of 0.4 MPa, used at the stages of distillation and evaporation of the urea solution.

Полученную в конденсаторе 5 газожидкостную смесь, состоящую из 70106 NH₃, 62569 CO₂, 12585 H₂O, 1500 инерты, потоком 1 подают в реактор 12, где происходит реакция образования карбамида при давлении 14 МПа. Газовая фаза из реактора с температурой 184^oС потоком 13 (6327 NH₃, 5159 CO₂, 362 H₂O, 1500 инерты) поступает в скруббер 14. Раствор из реактора 44317 карбамида, 38638 NH₃, 24874 CO₂, 25533 H₂O) потоком 15 поступает в стриппер 9, где за счет теплоты пара (давление 2 МПа) протекает процесс разложения и выделения из раствора карбамата аммония и аммиака. С целью уменьшения парциального давления аммиака и повышения степени разложения карбамата и отгонки неконвертированных реагентов в стриппер подают газообразный диоксид углерода (поток 16: 29676 CO₂, 100 инертов). Смесь газов из стриппера потоком 17 (57253 NH₂, 45063 CO₂, 30 H₂O) подают в сепаратор 7. Раствор карбамида 170^oС (11462 NH₃, 11800 CO₂, 58194 карбамида, 29646 H₂ потоком 18 выводят из стриппера для дальнейшей обработки на стадии дистилляции низкого давления (0,35 МПа). В колонне дистилляции 19 происходит дальнейшее разложение и отгонка из раствора аммиака и CO₂. Необходимую теплоту подводят с помощью пара низкого давления. Полученный раствор потоком 20 (1113 NH₃, 445 CO₂, 18194 карбамида, 28276 H₂O) подают в систему вакуум-концентрирования 21. Газы дистилляции из колонны 19 потоком 22 (10349 NH₃, 11355 CO₂, 1370 H₂O) поступают в конденсатор 23, где происходит конденсация-абсорбция с образованием водного раствора УАС.The gas-liquid mixture obtained in condenser 5, consisting of 70106 NH ₃ , 62569 CO ₂ , 12585 H ₂ O, 1500 inert, is fed into stream 12 by stream 1, where the urea formation reaction occurs at a pressure of 14 MPa. The gas phase from the reactor with a temperature of 184 ^o With a stream of 13 (6327 NH ₃ , 5159 CO ₂ , 362 H ₂ O, 1500 inert) enters the scrubber 14. The solution from the reactor 44317 urea, 38638 NH ₃ , 24874 CO ₂ , 25533 H ₂ O) stream 15 enters stripper 9, where due to the heat of steam (pressure 2 MPa), the process of decomposition and evolution of ammonium carbamate and ammonia from the solution proceeds. In order to reduce the partial pressure of ammonia and increase the degree of decomposition of carbamate and distillation of the unconverted reagents, gaseous carbon dioxide is fed into the stripper (stream 16: 29676 CO ₂ , 100 inert). A mixture of gases from the stripper stream 17 (57253 NH ₂ , 45063 CO ₂ , 30 H ₂ O) is fed to the separator 7. A solution of urea 170 ^o (11462 NH ₃ , 11800 CO ₂ , 58194 urea, 29646 H ₂ stream 18 is removed from the stripper for further processing at the low-pressure distillation stage (0.35 MPa). In the distillation column 19, further decomposition and distillation from a solution of ammonia and CO ₂ takes place. The required heat is supplied using low-pressure steam. The resulting solution by stream 20 (1113 NH ₃ , 445 CO ₂ , 18194 urea, 28276 H ₂ O) is fed to the vacuum concentration system 21. Distillation gases from the column 19 by stream 22 (1034 9 NH ₃ , 11355 CO ₂ , 1370 H ₂ O) enter the condenser 23, where condensation-absorption occurs with the formation of an aqueous solution of UAS.

Концентрирование плава карбамида осуществляют в выпарных аппаратах 21. Плав карбамида (поток 24) после упаривания, содержащий 58194 карбамида, 175 H₂O, поступает на стадию гранулирования (не показано), где получают 58369 гранулированного карбамида. Вакуум на стадии выпарки создают системой паровых эжекторов 25. Соковый пар конденсируется в системе конденсаторов 26, 27. В конденсатор 26 поступает также газ из конденсатора 23 (поток 29), содержащий 5 NH₃, 1 H₂O.The concentration of urea melt is carried out in evaporators 21. The urea melt (stream 24) after evaporation, containing 58194 urea, 175 H ₂ O, enters the granulation stage (not shown), where 58369 granular urea is obtained. Vacuum at the stage of evaporation is created by a system of steam ejectors 25. Juice vapor condenses in a system of condensers 26, 27. Gas from condenser 23 also flows into condenser 26 (stream 29) containing 5 NH ₃ , 1 H ₂ O.

Поток конденсата 30, содержащий 1118 NH₃, 445 CO₂, 42190 H₂O, поступает в сборник 31. Насосом 32 часть конденсата, содержащую 156 NH₃, 62 CO₂, 5907 H₂O (поток 33), подают на орошение абсорбера 34, куда поступает для очистки поток 35 газов из скруббера 14 (1215 NH₃, 210 CO₂, 36 H₂O, 1500 инерты). В абсорбере происходит абсорбция NH₃ и CO₂ из инертных газов. После очистки потоком 36 (1500) инерты выбрасывают в атмосферу.Condensate stream 30, containing 1118 NH ₃ , 445 CO ₂ , 42190 H ₂ O, enters the collector 31. With a pump 32, a portion of the condensate containing 156 NH ₃ , 62 CO ₂ , 5907 H ₂ O (stream 33) is fed to the absorber for irrigation 34, where a stream of 35 gases from the scrubber 14 (1215 NH ₃ , 210 CO ₂ , 36 H ₂ O, 1500 inert) enters for cleaning. In the absorber, NH ₃ and CO ₂ are absorbed from inert gases. After purification by stream 36 (1500), the inertes are released into the atmosphere.

Раствор УАС (1381 NH₃, 272 CO₂, 5943 H₂O), полученный в абсорбере 34, поступает потоком 37 в конденсатор 23.The solution of UAS (1381 NH ₃ , 272 CO ₂ , 5943 H ₂ O), obtained in the absorber 34, enters a stream 37 into the condenser 23.

Оставшуюся часть конденсата сокового пара из сборника 30 потоком 38 (962 NH₃, 383 CO₂, 36283 H₂O) направляют для очистки от аммиака и CO₂ на установку очистки сточных вод (не показано). Выделенные аммиак и CO₂ в виде газов возвращают в конденсатор 23 потоком 39, содержащим 962 NH₃, 383 CO₂, 4911 H₂.The remaining portion of the juice vapor condensate from the collection vessel 30 is sent by stream 38 (962 NH ₃ , 383 CO ₂ , 36283 H ₂ O) to remove wastewater from ammonia and CO ₂ to a wastewater treatment plant (not shown). The separated ammonia and CO ₂ in the form of gases are returned to the condenser 23 by a stream 39 containing 962 NH ₃ , 383 CO ₂ , 4911 H ₂ .

Полученный на стадии абсорбции-конденсации водный раствор углеаммониевых солей насосом 40 подают (поток 41: 12687 NH₃, 12010 CO₂, 12223 H₂O) в скруббер 14, где при давлении синтеза 14 МПа и 160^oС происходит абсорбция-конденсация газов из реактора 12. Полученный раствор потоком 42 (17789 NH₃, 16959 CO₂, 12549 H₂O) поступает в эжектор 43, а затем в смеси с аммиаком (поток 44: 10374 NH₃) в конденсатор карбамата 5.The aqueous solution of carbon-ammonium salts obtained at the absorption-condensation stage is pumped 40 by a pump 40 (stream 41: 12687 NH ₃ , 12010 CO ₂ , 12223 H ₂ O) to a scrubber 14, where, at a synthesis pressure of 14 MPa and 160 ^° C, gas absorption from reactor 12. The resulting solution stream 42 (17789 NH ₃ , 16959 CO ₂ , 12549 H ₂ O) enters the ejector 43, and then mixed with ammonia (stream 44: 10374 NH ₃ ) in the carbamate condenser 5.

Процесс характеризуется следующими показателями:
Соотношение NH₃ CO₂ H₂O
На выходе в реактор 1 4,5:1:0
На входе в реактор 12 2,9:1:0,59
Степень конверсии СO₂ в реакторе 1 78
Степень конверсии CO₂ в реакторе 12 52
Суммарная степень конверсии CO₂ 56,5
Удельные количества отгоняемых веществ на стадиях дистилляции и выпаривания (в т на 1 т карбамида):
Карбамат аммония 9,818
Избыточный аммиак 0,476
Вода 0,510.The process is characterized by the following indicators:
The ratio of NH ₃ CO ₂ H ₂ O
At the outlet to the reactor 1 4.5: 1: 0
At the inlet to the reactor 12 2.9: 1: 0.59
The degree of conversion of CO ₂ in the reactor 1 78
The degree of conversion of CO ₂ in the reactor 12 52
The total degree of conversion of CO ₂ 56.5
Specific quantities of distilled off substances at the stages of distillation and evaporation (in tons per 1 ton of urea):
Ammonium carbamate 9.818
Excess ammonia 0.476
Water 0.510.

Удельные затраты пара на обработку плава синтеза, Гкал/т 0,645. Specific steam consumption for the processing of fusion synthesis, Gcal / t 0.645.

Claims

A method of producing urea by the interaction of ammonia and carbon dioxide in two synthesis zones by feeding a mixture containing ammonia, carbon dioxide, ammonium carbamate, water and impurities into the first zone by introducing fresh ammonia and carbon dioxide streams into the second synthesis zone, the pressure of which is higher than the pressure in the first zone, the withdrawal of the gas mixture of unreacted substances and liquid melt from each synthesis zone, the absorption of gaseous reaction products, mixing of the melt flows coming from the first and second synthesis zones, and the decomposition of the hour and carbamate contained in the melt, in the stripping zone at a pressure equal to the pressure in the first synthesis zone, in a stream of fresh carbon dioxide when applying heat to separate the resulting gas stream, mixing it with a solution of carbon ammonium salts saturated at the absorption stage and fresh ammonia and feeding the mixture to the first synthesis zone, when a partially steamed urea solution was withdrawn from the lower part of the stripping zone and subsequently processed at a low pressure distillation stage and stages of water evaporation in a vacuum, c a concentrated urea and an aqueous solution of carbon ammonium salts used as an absorbent in the stage of absorption of gaseous synthesis products, characterized in that, in order to reduce energy costs, from the alloy formed in the second synthesis zone, before it is mixed with the melt formed in the first zone synthesis, gases are separated at a pressure equal to the pressure in the first synthesis zone, and they are directed to the absorption stage or the stage of mixing gases from the stripping zone with a solution of carbon ammonium salts and fresh ammonia.

2. The method according to claim 1, characterized in that the separation of gases from the melt synthesis of urea formed in the second synthesis zone is carried out in a stream of gases from the first synthesis zone.

3. The method according to claim 1, characterized in that the separation of gases from the urea synthesis alloy formed in the second synthesis zone is carried out in a stream of gaseous non-convertible reagents distilled off in the stripping zone.