RU2300416C2 - Method of synthesis of carbamide and the column for its realization - Google Patents
Method of synthesis of carbamide and the column for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300416C2 RU2300416C2 RU2004136385/15A RU2004136385A RU2300416C2 RU 2300416 C2 RU2300416 C2 RU 2300416C2 RU 2004136385/15 A RU2004136385/15 A RU 2004136385/15A RU 2004136385 A RU2004136385 A RU 2004136385A RU 2300416 C2 RU2300416 C2 RU 2300416C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- column
- synthesis
- uas
- urea
- pipeline
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к синтезу карбамида из аммиака и диоксида углерода при повышенных температуре и давлении и аппаратурному оформлению проведения процесса в газожидкостной среде.The invention relates to the synthesis of urea from ammonia and carbon dioxide at elevated temperature and pressure and the hardware design of the process in a gas-liquid medium.
Все промышленные способы получения карбамида основаны на его образовании по реакции аммиака с диоксидом углерода:All industrial methods for producing urea are based on its formation by the reaction of ammonia with carbon dioxide:
2NH3+CO2=CO(NH2)2+Н2O2NH 3 + CO 2 = CO (NH 2 ) 2 + H 2 O
В условиях синтеза при высоких давлениях (около 200 атм) и температурах (150-200°С) образующаяся при реакции вода, в основном, находится в жидкой фазе и оказывает значительное влияние на смещение реакции в сторону исходных веществ, особенно в начале процесса синтеза, снижая тем самым его эффективность.Under synthesis conditions at high pressures (about 200 atm) and temperatures (150-200 ° C), the water generated during the reaction is mainly in the liquid phase and has a significant effect on the shift of the reaction towards the starting materials, especially at the beginning of the synthesis process, thereby reducing its effectiveness.
Известны способы использования для смещения реакции в сторону образования карбамида водоотнимающих веществ, например безводный сульфат магния, хлорид кальция, кремнезем (B.Neumann, A.Sonntag, Z.Elektrochem., 37,805 (1931) или гидрат окиси алюминия и закиси железа (Б.И.Леви, ЖХП, 11, №9, 38 (1934).Known methods are used to bias the reaction towards the formation of carbamide water-borne substances, for example anhydrous magnesium sulfate, calcium chloride, silica (B.Neumann, A.Sonntag, Z. Elektrochem., 37.805 (1931) or hydrate of aluminum oxide and ferrous oxide (B. I. Levy, ZhKhP, 11, No. 9, 38 (1934).
Однако в условия синтеза карбамида продукты взаимодействия этих агентов с водой нестойки и не сдвигают реакцию в сторону образования карбамида.However, under the conditions of urea synthesis, the products of the interaction of these agents with water are unstable and do not shift the reaction towards the formation of urea.
Известны способы синтеза карбамида с рециркуляцией углеаммонийных солей (УАС) в виде водного раствора или суспензии (Горловский Д.М. и др. Технология карбамида. - Л.: Химия, 1981, Патент США №3091637, кл.260-555, 1963; патент RU 1774623, кл. С07С 273/04, 1996; патент RU 2071467, кл. С07С 273/04, 1997).Known methods for the synthesis of urea with recirculation of carbon ammonium salts (UAS) in the form of an aqueous solution or suspension (Gorlovsky D.M. et al. Technology of urea. - L .: Chemistry, 1981, US Patent No. 3091637, cl. 260-555, 1963; patent RU 1774623, class C07C 273/04, 1996; patent RU 2071467, class C07C 273/04, 1997).
Недостатком данных способов является значительное количество воды, образующейся при синтезе в зоне основной реакции, которая вместе с водным раствором углеаммониевых солей (УАС) возвращается в колонну синтеза, что не позволяет повысить степень конверсии исходных компонентов.The disadvantage of these methods is the significant amount of water generated during synthesis in the main reaction zone, which, together with an aqueous solution of carbon ammonium salts (UAS), is returned to the synthesis column, which does not allow to increase the degree of conversion of the starting components.
В промышленных агрегатах синтеза карбамида производительностью 90 тыс./год с жидкостным рециклом возвратные углеаммонийные соли (УАС) содержат 20-25 мас.%. Воды и после промывной колонны попадают в смеситель на смешение с аммиаком и углекислотой и далее в нижнюю часть колонны синтеза, именно в начальную стадию процесса синтеза карбамида, увеличивая количества воды и снижая при этом степень конверсии.In industrial units for the synthesis of urea with a capacity of 90 thousand / year with liquid recycling, refluxing carbon ammonium salts (UAS) contain 20-25 wt.%. Water and after the wash column enter the mixer for mixing with ammonia and carbon dioxide and then to the lower part of the synthesis column, namely in the initial stage of the urea synthesis process, increasing the amount of water and reducing the degree of conversion.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения карбамида при повышенных температуре и давлении, при котором из зоны реакции выводят плав синтеза, который разделяют на жидкие продукты и газообразную смесь непрореагировавших компонентов нагреванием под давлением синтеза в отпарной зоне. Отделившийся газовый поток направляют в дополнительную реакционную зону, в которую также подают свежие диоксид углерода и аммиак и которая работает в адиабатическом режиме при температуре, равной температуре в зоне синтеза. Затем в полученные газообразные продукты добавляют разбавленный водный раствор углеаммонийных солей со стадии концентрирования раствора мочевины и смесь направляют на стадию конденсации газа и абсорбции карбамата аммония, насыщенный абсорбент сепарируют и возвращают в зону синтеза (SU 1774623, кл. С07С 273/04, опубл. 1996.05.20).The closest in technical essence and the achieved result is a method of producing urea at elevated temperature and pressure, at which a synthesis melt is removed from the reaction zone, which is separated into liquid products and a gaseous mixture of unreacted components by heating under synthesis pressure in the stripping zone. The separated gas stream is sent to an additional reaction zone, which also serves fresh carbon dioxide and ammonia and which operates in an adiabatic mode at a temperature equal to the temperature in the synthesis zone. Then, a dilute aqueous solution of carbon ammonium salts is added to the obtained gaseous products from the stage of concentration of the urea solution and the mixture is sent to the stage of gas condensation and absorption of ammonium carbamate, the saturated absorbent is separated and returned to the synthesis zone (SU 1774623, class C07C 273/04, publ. 1996.05.05 .twenty).
К недостаткам данного способа относятся сложности осуществления разделения УАС и многостадийность введения их в цикл реакции.The disadvantages of this method include the complexity of the separation of UAS and the multi-stage introduction of them into the reaction cycle.
Техническим результатом настоящего изобретения является снижение негативного влияния избытка воды, возвращаемого при жидкостном рецикле в виде водного раствора УАС в начальную стадию реакции, и повышение степени конверсии до 70-75%.The technical result of the present invention is to reduce the negative impact of excess water returned during liquid recycling in the form of an aqueous solution of UAS to the initial stage of the reaction, and increasing the degree of conversion to 70-75%.
Указанный технический результат достигается тем, что поток водного раствора УАС из зоны основной реакции направляют в середину колонны синтеза небольшими струйками под углом 20-60° к центральной оси колонны.The specified technical result is achieved in that the flow of an aqueous solution of UAS from the zone of the main reaction is directed into the middle of the synthesis column in small streams at an angle of 20-60 ° to the central axis of the column.
Истечение водного раствора УАС через отверстия, расположенные попарно на разной высоте трубопровода под углом 20-60° к центральной оси колонны, происходит под разным напором и с разной скоростью. На более высоких уровнях струйки УАС выходят с меньшей скоростью, нежели из нижних. Это позволяет равномерно распределить во внутреннем пространстве колонны водный раствор УАС и обеспечить интенсивное равномерное контактирование вводимых компонентов в зоне реакции с доведением степени конверсии исходных компонентов выше 70%.The outflow of an aqueous solution of UAS through openings located in pairs at different pipeline heights at an angle of 20-60 ° to the central axis of the column occurs at different pressures and at different speeds. At higher levels, the UAS trickles exit at a lower speed than from the lower ones. This allows you to evenly distribute in the inner space of the column an aqueous solution of UAS and to provide intensive uniform contacting of the introduced components in the reaction zone with bringing the degree of conversion of the starting components above 70%.
Сущность изобретения поясняется на чертежах. На фиг.1 показана колонна синтеза карбамида (первый вариант), где 1 - вертикальный цилиндрический корпус колонны, 2 - трубопровод выхода плава карбамида, 3 - штуцер ввода исходных реагентов, 4 - перфорированный трубопровод для ввода УАС, 5 - крышка колонны синтеза, 6 отверстия трубопровода 4. На фиг.2 показана колонна синтеза карбамида (второй вариант) с вертикальным цилиндрическим корпусом 1, трубопроводом для выхода плава карбамида 2, штуцером ввода исходных реагентов 3, перфорированным турбопроводом для ввода УАС 4, крышкой колонны синтеза 5, отверстиями 2 - в верхней части перфорированного трубопровода 4. На фиг.3 показан разрез по А-А перфорированного трубопровода 4, предназначенного для подачи в колонну синтеза карбамида возвратных водных растворов УАС небольшими струйками под углом к центральной оси колонны через отверстия 6.The invention is illustrated in the drawings. Figure 1 shows a urea synthesis column (first option), where 1 is a vertical cylindrical column body, 2 is a carbamide melt outlet pipe, 3 is a feed reagent inlet, 4 is a perforated pipe for UAS input, 5 is a synthesis column cover, 6 openings of the pipeline 4. FIG. 2 shows a urea synthesis column (second variant) with a vertical cylindrical body 1, a urea melt outlet pipe 2, a feed reagent inlet 3, a perforated turbine conduit for entering UAS 4, a
При осуществлении способа возвратные УАС при выходе из колонны синтеза из зоны основной реакции направляют небольшими струйками сверху (фиг.1) или снизу (фиг.2) в середину колонны через отверстия 6 (фиг.3), расположенные по периметру трубопровода 4 под углом 20-60° к центральной оси колонны.When implementing the method, the return UAS when leaving the synthesis column from the main reaction zone is directed in small streams from above (Fig. 1) or from below (Fig. 2) into the middle of the column through holes 6 (Fig. 3) located along the perimeter of pipeline 4 at an angle of 20 -60 ° to the central axis of the column.
Известна колонна синтеза мочевины, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, внутренняя поверхность которого футерована коррозионно-стойким материалом. Корпус имеет штуцеры ввода и вывода реагентов, смешивающее устройство и расположенные внутри корпуса горизонтальные перегородки с изменяющимся свободным сечением по высоте колонны (SU 808122, кл. B01J 19/00, 1976).A known urea synthesis column containing a vertical cylindrical body, the inner surface of which is lined with a corrosion-resistant material. The housing has reagent inlet and outlet fittings, a mixing device and horizontal partitions located inside the housing with a variable free section along the column height (SU 808122, class B01J 19/00, 1976).
Недостатком данной колонны является недостаточная степень конверсии двуокиси углерода.The disadvantage of this column is the insufficient degree of conversion of carbon dioxide.
Известна конструкция футерованной колонны синтеза, применяемой в производстве с жидкостным рециклом. Колонна выполнена в виде цилиндрического сосуда с размещенным внутри смесителем (Кучерявый В.И., Лебедев В.В. Синтез и применение карбамида. М.: Химия, 1970, с.316-317).A known design of a lined synthesis column used in the production of liquid recycle. The column is made in the form of a cylindrical vessel with a mixer placed inside (Kucheryavy V.I., Lebedev V.V. Synthesis and use of urea. M: Chemistry, 1970, p. 316-317).
К недостатку этой конструкции следует отнести трудность и длительность ремонта футеровки, а также необходимость соблюдения определенного температурного режима при разогреве и охлаждении колонны.The disadvantage of this design is the difficulty and duration of the repair of the lining, as well as the need to comply with a certain temperature when heating and cooling the column.
Известен реактор для проведения процесса в газожидкостной среде, содержащий вертикальный корпус и вертикальные контактные устройства, состоящие из наружного и внутреннего элементов, концентрично расположенных один в другом, каждый имеет отверстие (щель) для входа среды в верхней его части (SU 215883, кл. B01J 37/02, 1968).A reactor for carrying out a process in a gas-liquid medium is known, comprising a vertical casing and vertical contact devices consisting of external and internal elements concentrically arranged in one another, each having an opening (slot) for entering the medium in its upper part (SU 215883, class B01J 37/02, 1968).
Однако плотность среды в таком реакторе синтеза карбамида в центральной его части меньше, чем у стенок, поэтому в центральной части проходит большее количество реакционной среды, в том числе воды, содержащейся в возвратных УАС, сдвигающих реакцию в сторону исходных веществ.However, the density of the medium in such a urea synthesis reactor in its central part is lower than that of the walls; therefore, a larger amount of the reaction medium passes in the central part, including water contained in the return UAS, which shift the reaction toward the starting materials.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является колонна синтеза карбамида, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, размещенную на внутренней поверхности футеровку из коррозионного материала, массообменное устройство, выполненное в виде соединенных последовательно сопла, приемной и смешивающей камер, диффузора, установленных на штуцере ввода реагентов и заключенных в перфорированный кожух (RU 2173212, кл. В01J 10/00, 2001).Closest to the proposed technical solution is a urea synthesis column containing a vertical cylindrical body placed on the inner surface of the lining made of corrosive material, a mass transfer device made in the form of nozzles, receiving and mixing chambers, a diffuser connected in series, installed on the reagent inlet fitting and enclosed in perforated casing (RU 2173212, class B01J 10/00, 2001).
Недостатком данной конструкции колонны является относительно быстрое разрушение футеровки из коррозионно-стойкого материала и недостаточная степень конверсии двуокиси углерода - в пределах 65%.The disadvantage of this column design is the relatively rapid destruction of the lining of a corrosion-resistant material and the insufficient degree of carbon dioxide conversion is within 65%.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение степени конверсии исходных реагентов выше 70-71%, уменьшение поверхности активного контакта внутренней футеровки колонны синтеза с агрессивными исходными реагентами и водными растворами УАС.The technical result of the invention is to increase the degree of conversion of the starting reagents above 70-71%, reducing the surface of the active contact of the inner lining of the synthesis column with aggressive starting reagents and aqueous solutions of UAS.
Для достижения указанного технического результата колонна синтеза карбамида в газожидкостной среде, состоящая из вертикального корпуса со штуцерами для ввода и выхода реагентов, имеет расположенный внутри перфорированный трубопровод, отверстия которого расположены попарно по периметру трубопровода в верхней его части на уровне середины колонны под углом 20-60° к его центральной оси.To achieve the specified technical result, the urea synthesis column in a gas-liquid medium, consisting of a vertical body with fittings for the input and output of reagents, has a perforated pipe located inside, with openings located in pairs along the perimeter of the pipe in the upper part at the mid-column level at an angle of 20-60 ° to its central axis.
Размещение отверстий попарно по периметру трубопровода на разной его высоте под углом 20-60° обеспечивает нахождение водного раствора УАС в этих отверстиях под разным напором из-за различной глубины погружения этих отверстий в пространстве колонны. Поэтому движущая сила истечения УАС через данные отверстия будет переменной по высоте трубопровода вследствие изменения напора.The placement of the holes in pairs along the perimeter of the pipeline at different heights at an angle of 20-60 ° ensures that the aqueous solution of UAS in these holes is under different pressure due to the different immersion depth of these holes in the column space. Therefore, the driving force of the outflow of UAS through these holes will be variable in height of the pipeline due to changes in pressure.
В разных сечениях трубопровода скорость истечения струек УАС будет различна: из более верхних уровней струи УАС выходят с меньшей скоростью, нежели из нижних.In different sections of the pipeline, the velocity of the outflow of the UAS jets will be different: from the higher levels of the UAS jet, they exit at a lower speed than from the lower ones.
Это позволяет равномерно распределить в пространстве колонны поток УАС и интенсифицировать процесс контактирования исходных компонентов.This allows you to evenly distribute the UAS stream in the column space and intensify the process of contacting the starting components.
Расположение отверстий под углом 20-60° позволяет получить попеременный падающий напор в трубопроводе, уменьшить во времени скорость движения водного раствора УАС и тем самым увеличить время контактирования компонентов реакции.The location of the holes at an angle of 20-60 ° makes it possible to obtain an alternating incident pressure in the pipeline, to reduce in time the speed of movement of the aqueous solution of UAS, and thereby increase the contact time of the reaction components.
На фиг.1 показана колонна синтеза с перфорированным трубопроводом 4, расположенным в центре колонны в верхней ее части. На фиг.2 показана колонна синтеза карбамида с трубопроводом 4, расположенным в центре колонны в нижней ее части. На фиг.3 показан срез трубопровода 4 по его диаметру, по периферии которого расположены попарно под углом 20-60° к его центральной оси отверстия 6.Figure 1 shows a synthesis column with a perforated pipe 4 located in the center of the column in its upper part. Figure 2 shows a urea synthesis column with a pipe 4 located in the center of the column in its lower part. Figure 3 shows a section of the pipeline 4 by its diameter, along the periphery of which are arranged in pairs at an angle of 20-60 ° to its central axis of the
Трубопровод прикрепляется к штуцеру входа или выхода реагентов 3, 2 (фиг.2) или устанавливается в крышке 5 вертикального цилиндрического корпуса 1 колонны синтеза (фиг.1).The pipeline is attached to the inlet or outlet fitting of reagents 3, 2 (FIG. 2) or installed in the
В процессе синтеза карбамида образовавшийся в начальной стадии синтеза водный раствор УАС, направляют через помещенный внутри колонны по ее центру перфорированный трубопровод 4, в верхней части которого имеются отверстия 6, расположенные под углом 20-60° к его центральной оси.In the process of urea synthesis, an aqueous solution of UAS formed in the initial stage of synthesis is sent through a perforated pipe 4 placed inside the column at its center, in the upper part of which there are
Использование предлагаемого способа синтеза карбамида и колонны для его осуществления позволяет повысить степень конверсии синтеза карбамида до 70-71% вместо 64-65% в настоящее время, увеличить производительность агрегата на 8-10 тыс.т/год при одновременном снижении себестоимости готовой продукции за счет снижения условно-постоянных расходов и энергозатрат на стадиях ректификации растворов карбамида.Using the proposed method for the synthesis of urea and columns for its implementation allows to increase the degree of conversion of urea synthesis to 70-71% instead of 64-65% at present, to increase the productivity of the unit by 8-10 thousand tons / year while reducing the cost of finished products due to reduction of fixed costs and energy costs at the stages of rectification of urea solutions.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004136385/15A RU2300416C2 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | Method of synthesis of carbamide and the column for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004136385/15A RU2300416C2 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | Method of synthesis of carbamide and the column for its realization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2300416C2 true RU2300416C2 (en) | 2007-06-10 |
Family
ID=38312639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004136385/15A RU2300416C2 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | Method of synthesis of carbamide and the column for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2300416C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011122990A1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик) | Device for repairing an apparatus lining |
| RU2474561C1 (en) * | 2011-08-25 | 2013-02-10 | Макаров Олег Владимирович | Method of producing supplementary nitrogen fertiliser when producing carbamide via stamicarbon technique (versions) |
-
2004
- 2004-12-15 RU RU2004136385/15A patent/RU2300416C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Позин М.Е., Технология минеральных удобрений, Л., Химия, 1983, с.235-241. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011122990A1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектный Институт Карбамида И Продуктов Органического Синтеза" (Оао Ниик) | Device for repairing an apparatus lining |
| RU2474561C1 (en) * | 2011-08-25 | 2013-02-10 | Макаров Олег Владимирович | Method of producing supplementary nitrogen fertiliser when producing carbamide via stamicarbon technique (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4229417A (en) | Gas-liquid contacting apparatus | |
| JP5634794B2 (en) | Apparatus and method for cleaning flue gas | |
| JPS5915688B2 (en) | Gas-liquid contact device | |
| US4099925A (en) | Apparatus for desulfurization of flue gas | |
| RU2142334C1 (en) | Reactor for two-phase reactions, synthesis of carbamide, in particular, at high pressure and temperature | |
| CN106622045A (en) | Device and method for improving reaction efficiency of bubble tower by using micro-nano bubbles | |
| RU2300416C2 (en) | Method of synthesis of carbamide and the column for its realization | |
| CA2323432C (en) | Apparatus for effecting gas/liquid contact | |
| CN108348882A (en) | The system for making gas and liquid contact | |
| JPH0243999A (en) | Medium temperature hydrolysis reactor | |
| RU2173212C1 (en) | Carbamide synthesis column | |
| RU2720083C2 (en) | Reactor-condenser for synthesis of urea | |
| US3125420A (en) | Compact reactor for production of fertilizer solids | |
| RU100430U1 (en) | GAS-LIQUID REACTOR (OPTIONS) | |
| RU2146556C1 (en) | Methyl formate synthesis reactor | |
| SU1648544A1 (en) | Gas-liquid reactor | |
| SU1452576A1 (en) | Apparatus for interaction of gas and liquid | |
| JP4925276B2 (en) | Mixer-setra type Bunsen reactor | |
| JPS59122452A (en) | Urea synthesis tube | |
| SU1400656A1 (en) | Reactor for obtaining phosphoric acid | |
| SU946643A2 (en) | Reactor for oxydation of hydrocarbons | |
| RU2261141C1 (en) | Reactor interior units | |
| SU1375271A1 (en) | Gaslift apparatus | |
| RU2441698C1 (en) | Gas-liquid reactor (variants) | |
| SU1669531A1 (en) | Device for running chemical reactions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061216 |