UA127693C2 - Спосіб синтезу сечовини - Google Patents

Abstract

Винахід стосується синтезу сечовини з СО2 і NH3, в якому потік (13) пари, що виробляється в конденсаторі (3) контуру синтезу високого тиску, стискається для підвищення його тиску і температури перед використанням пари в ролі джерела тепла для стадії процесу, що йде далі в технологічному ланцюзі.

Description

Галузь техніки

Даний винахід відноситься до галузі виробництва сечовини. Зокрема, винахід відноситься до способу і установки, яка включає реактор, відпарний пристрій і конденсатор у контурі високого тиску.

Рівень техніки

Синтез сечовини виконують реакцією аміаку і діоксиду вуглецю. Розгляд різних процесів і відповідних установок для виробництва сечовини можна знайти в літературі, наприклад, в

Енциклопедії промислової хімії Ульмана, УМіеу-МСН Мепаа.

У більшості установок синтезу сечовини в даний час використовується так званий процес відпарювання. У процесі відпарювання, водний розчин сечовини, який відходить з реактора, який містить карбамат, піддається обробці в одному або більше відпарному пристрої (-ях) з паровим підігрівом, де карбонат розкладається на СО» і МНз; очищений розчин сечовини з відпарного пристрою далі обробляється в одній або більше регенераційній секції (-ях) при середньому тиску і/або при низькому тиску; газова фаза, яка виходить з відпарного пристрою, яка містить аміак, діоксид вуглецю і невелику кількість води, направляється в конденсатор, і одержаний при цьому конденсат повертається в реактор.

У відпарний пристрій може подаватися відпарювальний засіб для забезпечення процесу відпарювання. У ролі відпарювального засобу зазвичай використовується газоподібний оксид вуглецю або газоподібний аміак. У процесі з СОг, запропонованому компанією Стамікарбон (Зіатісагроп), використовується газоподібний діоксид вуглецю, який подається у відпарний пристрій у ролі відпарювального засобу. У процесах Снампроджетті (Зпатргодейі) з відпарюванням аміаком і самовідпарюванням використовується газоподібний аміак у ролі відпарювального засобу (в процесі з відпаркою аміаком) або відпарювання досягається тільки за рахунок впливу тепла (самовідпарювання).

Реактор, відпарний пристрій і конденсатор є частиною так званого контура високого тиску (ВТ), де тиск зазвичай складає в інтервалі від 100 до 250 бар.

Регенераційна секція містить, загалом, декомпозер (пристрій розкладання), сепаратор рідина-газ і конденсатор. У декомпозері розчин сечовини нагрівають для розкладання карбаміната амонію і випаровування аміаку і діоксиду вуглецю, а також води. Одержаний таким

Зо чином очищений розчин може бути направлений в наступну регенераційну секцію, при її наявності, або у фінальну стадію згущування (концентрування). Розчин карбамату, що утворився в конденсаторі, повертається в контур синтезу високого тиску. Регенераційна секція середнього тиску (СТ), як правило при тиску 18-20 бар, а регенераційна секція низького тиску (НТ), як правило при тиску 2-6 бар.

Перевагою процесу відпарювання є те, що більша частина тепла, що підводиться до відпарного пристрою для розкладання карбамату, може бути рекуперована в конденсаторі високого тиску з виробленням водяної пари. Зокрема, конденсатором ВТ може бути кожухотрубний пристрій, в якому охолоджувальна вода випаровується в трубках з утворенням пари. Одержана у конденсаторі високого тиску пара може бути з успіхом використана в ролі нагрівального середовища для однієї або більше секції(-ій) далі в технологічному ланцюгу, зокрема в регенераційній секції і/або випарній секції.

У процесі відпарювання з СО» елементи згаданого контуру ВТ зазвичай працюють при однаковому тиску (ізобаричний процес). У процесі з відпарюванням аміаком і процесі з самовідпарюванням використовується майже ізобаричний контур, в якому відпарний пристрій

ВТ працює при тиску нижче тиску реакції, причому різниця між тиском реакції і тиском у відпарному пристрої складає відносно невелику величину, зазвичай не більше 20 бар (тобто, приблизно 10 55-15 95 тиску реакції).

У наведених випадках, вибір робочого тиску в реакторі, відпарному пристрої і конденсаторі є результатом компромісу. Високий тиск і висока температура в контурі синтезу сприяють конверсії карбамінату амонію в сечовину (ендотермічна реакція, обмежена термодинамічною рівновагою) в реакторі; з іншого боку, низький тиск (наприклад, менше 100 бар) сприяє процесу відпарювання і може виключити потребу в регенераційній секції СТ. Тому бажано мати контур синтезу, в якому максимальна температура реактора і мінімально тиск відпарного пристрою ВТ.

Цю задачу неможливо вирішити в ізобаричному контурі або контурі, близькому до ізобаричного. Іншим недоліком більшості установок, що використовують ізобаричний контур процесу відпарювання з СО», є те, що частини обладнання повинні розташовуватися з мінімальним перевищенням по висоті для забезпечення циркуляції рідкої фази за рахунок гравітації. Зокрема, може бути потрібним розташувати реактор над відпарним пристроєм для створення рушійної сили всередині контуру синтезу високого тиску.

Для усунення зазначених недоліків, була запропонована установка з процесом відпарювання з СО» з неізобаричним контуром, в якому робочий тиск відпарного пристрою ВІ і конденсатора ВТ значно менший, ніж тиск реактора синтезу, зокрема, робочий тиск у реакторі перевищує 150 бар, а у відпарному пристрої і конденсаторі складає приблизно 90 бар.

Таке рішення дозволяє оптимізувати тиск реакції і тиск відпарювання/конденсації, однак при цьому виникає інший недолік - знижується тепловий еквівалент тепла, регенерованого в конденсаторі, а саме, знижується температура і тиск пари, який може бути одержаний у конденсаторі. Пара, що виробляється в конденсаторі при тиску приблизно 90 бар, може бути непридатною для використання в стадіях процесу далі в технологічному ланцюгу, наприклад, у регенераційній секції. Відповідно, рішення з неізобаричним контуром не підходить, оскільки знижує кількість тепла, регенерованого всередині процесу, а значить, і енергетичну ефективність.

Великий інтерес також представляє модернізація (переобладнання) існуючих установок виробництва сечовини. Модернізацію існуючої установки зазвичай проводять для підвищення її продуктивності (тобто, кількості виробленої сечовини) і/або для зниження енергоспоживання.

Головні статті витрат у процесі модернізації включають модифікацію обладнання високого тиску і створення додаткових поверхонь для теплообміну. Навіть відносно невелике підвищення продуктивності може вимагати установки значної додаткової теплообмінної поверхні, наприклад, у конденсаторі ВТ, у регенераційній секції середнього або низького тиску або у випарній секції. Для цього буде потрібно також тривала зупинка виробничого процесу.

Суть винаходу

Завданням цього винаходу є усунення вищеописаних недоліків існуючих технологій.

Зокрема, задачею винаходу є оптимізація роботи контуру високого тиску зі збереженням ефективної регенерації тепла для його використання в секціях, які йдуть далі в технологічному процесі. Іншим завданням винаходу є створення ефективного з точки зору матеріальних витрат способу модернізації установки по виробництву сечовини, придатного для підвищення продуктивності установки по виробництву сечовини, зі скороченням витрат на додаткові теплообмінні поверхні.

Це завдання вирішується способом синтезу сечовини з СО» і МНз при високому тиску, при здійсненні якого: а) проводять реакцію СО» і МНз при тиску реакції для формування водного розчину сечовини; б) проводять відпарювання водного розчину сечовини при тиску відпарювання з одержанням очищеного розчину і газової фази, що містить аміак і діоксид вуглецю; в) конденсують газову фазу в принаймні одному конденсаторі при тиску конденсації для формування рециркульованого розчину, що направляється назад у стадію реакції, формуючи в такий спосіб контур рециркуляції; г) виробляють принаймні перший потік водяної пари (далі пари) при першому тиску регенерації і першій температурі регенерації, використовуючи тепло, відведене з газової фази під час кроку в) конденсації; д) використовують перший потік пари в ролі джерела тепла на принаймні одній стадії процесу далі в технологічному ланцюгу, причому спосіб характеризується тим, що: е) перший потік пари стискають до досягнення тиску, що перевищує тиск регенерації, і температури, що перевищує температуру регенерації, перед використанням у ролі джерела тепла в принаймні одній наступній далі (в технологічному ланцюгу) стадії процесу.

Переважно, стадія відпарювання включає пропускання згаданого водного розчину у вигляді плівки, що падає/стікає, в трубному пучку із зовнішнім підігрівом. Відповідно, відпарний пристрій може включати вертикальний трубний пучок із плівкою, що падає. Зокрема, трубний пучок має паровий підігрів.

У деяких варіантах здійснення, стадія (г) може включати вироблення більше одного потоку пари. Тиск і температура будь-якого додаткового потоку пари можуть бути такими ж, що ї у першого потоку пари, або можуть відрізнятися. Стадія (є) може включати стиснення одного або більше додаткових потоків пари, згідно з різними варіантами здійснення. Відповідно, пара, що піддається стисненню, може включати всю пару, одержану на стадії конденсації, або його частину. Зокрема, пара, що піддається стисненню, може включати один або більше обраних потоків пари, коли генерується декілька потоків пари, і/або частина потоку пари.

У деяких варіантах здійснення, стадія (г) може включати генерування потоку пари, що відрізняється, в інших конденсаторах карбамату високого тиску (ККВТ). Зокрема, контур бо високого тиску може містити два ККВТ, і перший потік пари генерується в одному з двох конденсаторів. У переважному варіанті здійснення, стадія (г) включає генерування першого потоку пари і другого потоку пари в першому ККВТ і другому ККВТ, відповідно, причому перший

ККВТ їі другий ККВТ з'єднані послідовно.

У переважному застосуванні, тиск відпарювання і тиск конденсації нижче тиску реакції, а контур синтезу не є ізобаричним. В особливо переважному варіанті здійснення, тиск відпарювання і тиск конденсації принаймні на 50 бар нижче тиску реакції, більш переважно, нижче на 100 бар.

У неізобаричних варіантах здійснення, рециркульований розчин може бути одержаний при конденсації при значно меншому тиску, ніж тиск реакції тому для рециркулювання в середовище реакції потрібне підвищення його тиску. Переважно, розчин нагнітається до тиску реакції за допомогою відцентрового насоса.

У переважному варіанті здійснення, перший тиск регенерації складає від 1,8 до 3,5 бар надм., і перший потік пари стискається до тиску від 3,0 бар надм. до 6,0 бар надм.

Позначення бар надм. означає, що тиск вимірюється як надмірний, щодо атмосферного (по манометру).

Стиснення пари також супроводжується підвищенням температури пари. Підвищення температури пари на стадії стиснення складає, переважно від 10 до 30 "С. Перша температура регенерації, переважно, не перевищує 145 "С, а температура пари після стиснення переважно складає принаймні 150 "С.

Стиснення пари переважно носить адіабатичний або по суті адіабатичний характер.

Стиснення може бути багатоступеневим процесом.

В особливо переважному варіанті здійснення, тиск конденсації складає від 70 до 90 бар, переважно 80 бар або приблизно 80 бар.

У неіїзобаричному контурі відпарювання може здійснюватися при тому ж тиску, що й конденсація, або при відмінному тиску. Переважно, тиск відпарювання дорівнює тиску конденсації.

Як згадувалося вище, високий тиск реакції зазвичай більш переважний, оскільки сприяє більш високому ступеню конверсії. У переважних варіантах здійснення, тиск реакції перевищує 140 бар і, переважно, більше 200 бар.

Зо Принаймні одна стадія процесу далі в технологічному ланцюгу, в якому пара, вироблена при конденсації високого тиску, використовується в ролі джерела тепла, може включати регенерацію неконвертованого карбамату і/або згущення для видалення води з розчину сечовини.

Зокрема, регенерація неконвертованого карбамату може здійснюватися при середньому тиску або зниженому тиску в регенераційній секції, яка включає декомпозер, нагрітий парою, що виробляється в конденсаторі високого тиску.

Згущення може виконуватися, зокрема, у випарній секції нижче по потоку від однієї або більше регенераційної секції(-ій), де видаляється вода для одержання висококонцентрованого плаву сечовини, придатного для заключної операції, наприклад, прилювання або гранулювання.

Процес згущення також може здійснюватися в секції кристалізації. Процес кристалізації відомий у рівні техніки. Під час цього процесу сечовина, що виробляється, частково кристалізується і утворена пара конденсується в кристалізаторі, в той час як розчин сечовини, який залишає кристалізатор і включає сформовані кристали сечовини, направляється в сепаратор, який розділяє розчин на рідку і тверду фази. Основна частина розчину відокремлюється від кристалів сечовини, після чого кристали потрапляють у центрифугу, де вони промиваються з використанням маточного розчину, який містить водний розчин сечовини.

У роботі секції кристалізації може використовуватися низькопотенційна пара. Пара, що не знаходиться під тиском після її одержання, може бути з успіхом використаний для нагрівання секції кристалізації. Це означає, що використання процесу кристалізації для згущення розчину сечовини дозволяє знизити кількість пари, що підлягає механічному стисканню. Відповідно, у варіанті здійснення винаходу стадія г) включає вироблення принаймні другого потоку пари, яка не піддається стисненню після вироблення і використовується для підведення тепла до секції кристалізації для згущення розчину сечовини.

Відпарювання розчину може бути виконане з використанням газоподібних відпарювальних засобів. У ролі відпарювальних засобів можуть бути, зокрема, використані СО» або аміак. У деяких варіантах здійснення процесу відпарювання з СО» нова сировина газоподібного СОг, що підводиться, частково направляється у відпарний пристрій, для використання в ролі відпарювального засобу, а частково направляється в реактор.

У переважному варіанті здійснення, ніяка частина нової СО сировини, що підводиться, не 60 спрямовується безпосередньо в конденсатор. Відповідно, новий СОг може бути направлений в реактор і, можливо, в разі процесу відпарювання з СОг, може бути частково направлений у відпарний пристрій.

Контур високого тиску може включати більше одного кроків конденсації, наприклад, у двох послідовно включених конденсаторах карбамату високого тиску (ККВТ). У варіанті здійснення, який нас цікавить, двофазний розчин, одержаний на першому кроці конденсації, піддається принаймні одному другому кроку конденсації. У другому кроці конденсації може бути одержана насичена водяна пара. Ця насичена пара може бути з успіхом використана для підігріву аміачної сировини і/або на стадії попереднього згущення розчину сечовини, що виходить з регенераційної секції. В альтернативному випадку, ця пара може бути також використаною для видалення води в секції згущення з використанням технології кристалізації.

У деяких варіантах здійснення, двофазний розчин, одержаний на першій стадії конденсації, може бути використаний безпосередньо в ролі нагрівального середовища в підігрівачі аміаку і/або в деяких з декомпозерів регенераційної секції або в секції згущення.

У переважному варіанті здійснення, стиснення пари виконується електричним компресором, тобто, компресором, який приводиться в дію електродвигуном, замість звичайного компресора, який працює від парової турбіни. Зокрема, в разі модернізації, установка електричного компресора може давати виграш у порівнянні зі звичайними компресорами, з'єднаними з паровою турбіною (турбокомпресорами). Заявник встановив, що, несподівано, установка електричного компресора може знизити загальне енергоспоживання установки виробництва сечовини в Гкал на метричну тонну виробленої сечовини.

Іншою особливістю винаходу є установка відповідно до формули винаходу.

Іншою особливістю винаходу є спосіб модернізації установки виробництва сечовини, який включає: реактор, в якому відбувається реакція СО»: і МНз при тиску реакції, з утворенням водного розчину сечовини; відпарний пристрій, який живиться водним розчином сечовини, який обробляється при тиску відпарювання з одержанням очищеного розчину і газової фази, що містить аміак і діоксид вуглецю; конденсатор для конденсації газової фази з відпарного пристрою при тиску конденсації, для

Зо формування рециркульованого розчину, який направляється назад в реактор, з утворенням, у такий спосіб, контуру синтезу; парову систему, яка містить паропровід, пристосовану для формування принаймні першого потоку пари, що відводиться з конденсатора і використовується в ролі джерела тепла в принаймні одній секції установки, розташованій нижче по потоку; причому при здійсненні способу в парову систему додають компресор пари, пристосований для підвищення тиску першого потоку пари.

При установці додаткового компресора пари, стиснений потік пари подається в принаймні одну секцію далі в технологічному ланцюгу. Це може виконуватися новим паропроводом або існуючим паропроводом.

Спосіб модернізації відповідно до винаходу застосовний до установок для виробництва сечовини з ізобаричним або неізобаричним контуром синтезу. Спосіб застосовний, серед іншого, до установок, де використовується процес овідпарювання з СО», процес із самовідпарюванням і процес із відпарюванням аміаком.

Головною перевагою винаходу є те, що тиск і температура пари, що виробляється конденсатором високого тиску для використання в обладнанні далі в технологічному ланцюгу, більше не диктується тиском конденсації і пов'язаним з ним тиском регенерації пари. Відповідно до винаходу, один або більше потоків пари, що генеруються конденсацією, стискаються і підводяться до споживачів тепла з тиском і температурою більш високими, ніж на виході конденсатора. Температура, при якій відбувається внутрішня рециркуляція тепла від конденсації високого тиску до стадії середнього або низького тиску, не визначається вибором тиску конденсації в конденсаторі карбамату високого тиску.

Можна сказати, що у винаході реалізований тепловий насос між контуром високого тиску і секцією середнього або низького тиску далі в технологічному ланцюгу, де пара використовується в ролі джерела тепла для одного або більше споживачів тепла. Цей тепловий насос одержує теплову енергію, що вивільняється конденсатором при першій температурі (наприклад, пара, що виробляється при 135 "С), і передає цю енергію в задану секцію при більш високій температурі (наприклад, пара, що конденсується при 150 "С).

Завдяки цьому, тиск конденсації може бути вибраний так, щоб оптимізувати процес конденсації і процес відпарювання, причому останній процес бажано проводити при тому ж бо тиску. З іншого боку, вибір відносно низького тиску конденсації (наприклад, 80 бар) не впливає на внутрішнє повернення тепла в секції, розташовані далі в технологічному ланцюгу, завдяки стисненню потоку, виробленого в ККВТ.

Можна помітити, що стиснення вимагає подачі енергії, однак на практиці ступінь стиснення дуже невеликий (зазвичай менше 2), що означає, що коефіцієнт продуктивності (СОР - з англ. соейісіепі ої регоптапсе) теплового насоса досить великий, наприклад, 10 або більше. У деяких варіантах здійснення, СОР цього теплового насоса складає приблизно 20. Згаданий СОР означає відношення виділеного тепла до роботи стиснення.

Інша перевага винаходу полягає в скороченні необхідного обслуговування частин обладнання. Робота в стадіях відпарювання і конденсації при тиску 70-90 бар і відповідно більш низькій температурі має на увазі ослаблення корозійного впливу на обладнання карбамінату амонію. Більш того, знижується ймовірність утворення побічних продуктів, наприклад, карбамілсечовини, під час стадії розкладання ВТ, чим забезпечується більш висока якість товарної сечовини. Іншою перевагою є ослаблення гідролізу сечовини через знижену температуру в декомпозері ВТ.

Ще однією перевагою винаходу є те, що для даної температури конденсації в процесі, може бути знижено тиск регенерації для пари, що генерується, з тим, щоб покращити характеристики теплообміну для даної поверхні теплообміну конденсатора. Знижена температура одержаної таким чином пари не впливає на подальшу регенерацію завдяки проміжному стисненню і нагріванню пари.

Винахід також представляє інтерес для модернізації установки одержання сечовини.

Винахід може бути використаний при модернізації установки одержання сечовини з ізобаричним і неізобаричним контуром високого тиску. Переваги модернізації відповідно до винаходу включають: можливість досягнення невеликого, але помітного збільшення продуктивності без реконструкції існуючого ККВТ і існуючих декомпозирів середнього і низького тиску і/або випарників; нетривалий простий установки; обмежені капіталовкладення. Підвищення продуктивності досягається за рахунок додаткового перепаду (АТ) температури на вході ККВТ і декомпозирів СТ і НТ, що збільшує кількість переданого тепла, забезпечуючи сталість площі теплообміну.

Винахід може бути застосований до різних процесів обробки сечовини, зокрема, відомого

Зо процесу відпарювання з СО: і процесу самовідпарювання. В обох випадках винахід забезпечує зменшене споживання пари в порівнянні з вихідною технологією.

Однією з переваг винаходу є зниження енергоспоживання. Зокрема, заявник виявив, що використання винаходу може знизити енергоспоживання на 0,1 Гкал/мт (гігакалорії на метричну тонну сечовини) у процесі з самовідпарюванням і на 0,12 Гкал/мт в процесі з самовідпарюванням.

Короткий опис креслень

Нижче винахід більш докладно розглянутий з посиланням на додані креслення, на яких: на фіг. 1 представлена блок-схема установки виробництва сечовини з процесом відпарювання з СО», модернізованої згідно з першим варіантом виконання винаходу; на фіг 2 представлена блок-схема установки виробництва сечовини з процесом відпарювання з СО»: відповідно до другого варіанта виконання винаходу; на фіг. З представлена блок-схема установки виробництва сечовини з самовідпарюванням відповідно до третього варіанта виконання винаходу.

Детальний опис здійснення винаходу

На фіг. 1 представлений у спрощеному вигляді звичайний контур синтезу сечовини з процесом відпарювання з СО», який містить реактор 1, відпарний пристрій 2 і конденсатор 3, які працюють загалом при однаковому тиску, наприклад, від 120 до 210 бар. Відповідно, реактор 1, відпарний пристрій 2 і конденсатор З утворюють ізобаричний контур високого тиску (ВТ). Контур може включати додаткові елементи (наприклад, сепаратор газу), не показані на схемі.

БО Потік 7 нового СО» подається у відпарний пристрій 2, а вихідний реагент МНз 8 подається в конденсатор 3, наприклад, за допомогою ежектора (не показаний). В іншому варіанті здійснення винаходу, сировинна подача нового СО може бути розділена на два потоки, які живлять реактор 1 і відпарний пристрій 2 (не показано).

Потік 7 СО» виконує функцію відпарювальних засобів у відпарному пристрої 2.

Водний розчин 4, який містить сечовину і карбамат, сформований у реакторі 1, направляється у відпарний пристрій 2, де виходить очищений розчин 9 сечовини і газова фаза 5.

Очищений розчин 9 сечовини направляють в одну або більше регенераційну стадію (-її), зокрема, в регенераційну секцію 10 під низьким тиском (наприклад, 2-6 бар), пропускаючи через 60 дросельний вентиль 11.

У регенераційній секції 10 розчин 9 сечовини після зниження тиску піддається подальшій обробці, що включає розкладання карбамат і конденсацію парів аміаку і діоксиду вуглецю.

Одержаний таким чином розчин карбамату 16 закачується назад у конденсатор 3 високого тиску. Очищений розчин 19 сечовини направляється в секцію заключної обробки далі в технологічному ланцюгу.

Газова фаза 5 з відпарного пристрою 2 принаймні частково конденсується в конденсаторі З і повертається по лінії 6 назад у реактор 1.

У конденсаторі З тепло конденсації газової фази 5 передається воді 12 і використовується для вироблення пари 13 для використання в секції, що знаходиться далі в технологічному ланцюгу установки, зокрема, в регенераційній секції 10, як це показано на фіг. 1, або в секції заключної обробки після регенераційної секції 10.

Зокрема, пара 13, яка виробляється в конденсаторі 3, стискається в компресорі 14 пари для підвищення його тиску і температури. Одержана таким чином стиснута/нагріта пара 15, що подається компресором 14, може бути направлена в регенераційну секцію 10, де вона передає тепло в одну або більше відповідних одиниць обладнання, наприклад, в один або більше декомпозерів, які працюють при середньому тиску і/або при низькому тиску.

Компресором 14 пари може бути багатоступінчастий компресор. У деяких варіантах здійснення, компресором 14 пари може бути електричний компресор.

В іншому варіанті здійснення, принаймні частина пари 15 може бути використана в секції заключної обробки після регенераційної секції 10. Ця секція заключної обробки може включати випарну секцію або кристалізаційну секцію для видалення води з розчину 19. Для забезпечення теплом випарної секції або кристалізаційної секції може бути використана, зокрема, гаряча пара 15.

На фіг. 2 представлена установка відпарювання з СО відповідно до другого варіанта здійснення, де елементи, відповідні до схеми на фіг. 1, мають ті ж цифрові позначення.

Показаний на фіг. 2 контур високого тиску, сформований реактором 1, відпарним пристроєм 2 і конденсатором 3, є неізобаричним. Зокрема, відпарний пристрій 2 і конденсатор З працюють при більш низькому тиску, ніж реактор 1. Зокрема, реактор 1 працює при тиску 210 бар, в той час як відпарний пристрій 2 і конденсатор З працюють при тиску приблизно 80 бар.

Відхідний потік 4 реакції піддається зниженню тиску на вентилі 17 до тиску відпарювання, а рециркульований розчин, що відводиться з конденсатора З, доводиться до тиску реакції насосом 18.

Перевага варіанта здійснення, показаного на фіг. 2, полягає в тому, що відпарний пристрій і конденсатор можуть бути використані при відносно низькому тиску, в порівнянні 3 тиском реакції; при цьому рекуперація тепла з конденсатора З в регенераційну секцію 10 не погіршується через відносно низький тиск конденсації, завдяки проміжному стисненню в компресорі 14. При цьому стисненні підвищується температура пари, завдяки чому пара 15 стає придатною для нагрівання регенераційної секції 10, зокрема, її декомпозери.

Крім того, у варіанті здійснення, представленому на фіг. 2, нова сировина 7, яка підводиться, у вигляді СО» може бути розділена на два потоки 7а і 70, які направляються, відповідно, в реактор 1 і відпарний пристрій 2, як це показано на схемі на фіг. 2.

Новий аміак 8 розділяється на потік ва, що направляється в реактор 1, і потік 865, що направляється в конденсатор 3.

Компресором 14 реалізований тепловий насос, який переносить тепло від конденсатора З до регенераційної секції 10, з одночасним збільшенням температури цього тепла.

У переважному варіанті здійснення, потік 13, який виробляється конденсатором 3, має температуру приблизно 135 С і тиск приблизно 2,1 бар абс.; пара 15, яка подається компресором 14, має температуру принаймні 150 "С і тиск приблизно 3,5 бар абс.

В інших переважних варіантах здійснення винаходу, контур високого тиску може включати більше одного конденсатора. Зокрема, в процесі синтезу сечовини, який включає неізобаричний контур високого тиску, двофазний розчин, який виробляється в конденсаторі 3, піддається другій конденсації, де виробляється насичена водяна пара. Ця насичена пара може бути використаною для підігрівання аміаку і/або на кроці попереднього згущення розчину 19 перед подачею розчину у випарну секцію, для видалення води і одержання плаву сечовини. В альтернативному випадку, ця пара може бути також використаною для видалення води в секції згущення з використанням технології кристалізації.

Цей крок попереднього згущення може виконуватися, зокрема, в кожухотрубному пристрої попереднього згущення при подачі двофазного розчину в міжгрубний простір пристрою.

На фіг. З представлена блок-схема установки одержання сечовини з процесом бо самовідпарювання, що включає реактор 1, відпарний пристрій 2 і конденсатор 3.

Потік 7 нового СОг і сировина МНз 8 подаються в реактор 1. Відхідний потік 4 реактора піддається зниженню тиску при проходженні вентиля 17 і направляється у відпарний пристрій 2.

Після відпарювання, очищений відхідний потік У сечовини направляється в одну або більше регенераційні секцію(-її) 10 далі в технологічному ланцюгу, після проходження дросельного вентиля 11. Зазвичай регенераційні секції включають регенераційну секцію середнього тиску і регенераційну секцію низького тиску. Після обробки в регенераційних секціях, очищений розчин 19 направляється в секцію заключної обробки.

Газова фаза 5, що утворилася на кроці самовідпарювання, з'єднується з рециркульованим розчином 16 карбамат з регенераційних секцій. Одержаний таким чином потік 26 принаймні частково конденсується в конденсаторі 3, і конденсований розчин 20 карбамату направляється в сепаратор 21 карбамату, де виробляються рідкий розчин 23 і газова фаза 22.

Рідкий розчин 23 рециркулюють у реактор 1 за допомогою насоса 24, який повертає тиск розчину 23 до рівня тиску реакції. Перед тим, як потрапити в реактор 1, поданий насосом 24 рідкий розчин 25 об'єднується з аміачною сировиною 8, що підводиться ззовні, формуючи потік 26. Далі потік 26 направляється в реактор 1.

Газова фаза 22, що виробляється сепаратором 21 карбамату, направляється в регенераційну секцію, зокрема, в декомпозер середнього тиску.

У варіанті, представленому на фіг. З, відпарний пристрій 2 і конденсатор З можуть працювати при тиску, величина якого лише трохи менше тиску реакції. У цьому випадку, розчин 23 може підводитися до реактора 1 за допомогою ежектора (замість насоса 24), при цьому рушійним потоком ежектора є аміачна сировина 8, що підводиться.

Схеми на фіг. 1-3 ілюструють результат модернізації існуючої установки, яка включає додавання компресора 14 і, в разі потреби, використання відповідного паропроводу.

Claims (18)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб синтезу сечовини з СОг і МНвз, при здійсненні якого: а) проводять реакцію СО і МНз при тиску реакції для формування водного розчину (4) сечовини; Зо б) проводять відпарювання водного розчину сечовини при тиску відпарювання з одержанням очищеного розчину (9) і газової фази (5), яка містить аміак і діоксид вуглецю, причому на стадії відпарювання пропускають згаданий водний розчин у вигляді падаючої плівки в трубному пучку із зовнішнім підігрівом; в) конденсують газову фазу в принаймні одному конденсаторі при тиску конденсації для формування рециркульованого розчину (6), який направляється назад на стадію реакції, в такий спосіб формуючи контур синтезу; г) виробляють принаймні перший потік (13) пари при першому тиску регенерації і першій температурі регенерації з використанням тепла, що відводиться від газової фази (5) під час стадії (в) конденсації; д) використовують перший потік пари в ролі джерела тепла на принаймні одній наступній далі стадії (10) процесу, який відрізняється тим, що: е) стискають перший потік (13) пари для досягнення тиску, який перевищує тиск регенерації, і температури, яка перевищує температуру регенерації, перед згаданим використанням в ролі джерела тепла на згаданій принаймні одній наступній стадії, причому на стадії конденсації не додають новий СО», а стадію стиснення першого потоку (13) пари здійснюють за допомогою компресора, що приводиться в дію електродвигуном.

2. Спосіб за п. 1, в якому тиск відпарювання і тиск конденсації нижче тиску реакції, а контур синтезу є неізобаричним.

3. Спосіб за п. 2, в якому тиск відпарювання і тиск конденсації принаймні на 20 бар нижче тиску реакції.

4. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому тиск конденсації складає від 70 до 90 бар, переважно 80 бар або приблизно 80 бар.

5. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому тиск відпарювання дорівнює тиску конденсації.

6. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому стиснення на стадії (є) здійснюють зі ступенем стиснення, що не перевищує 2.

7. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому тиск регенерації складає від 1,8 до 4,0 бар абс., а стиснення на стадії (є) здійснюють до тиску від З до 6 бар абс. бо

8. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому перша температура регенерації не перевищує 145 "С, а пара після стиснення на стадії (е) має температуру, яка дорівнює принаймні 150 "С.

9. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому на стадії (г) виробляють принаймні два потоки пари з різним тиском, причому принаймні один з цих потоків пари стискають на стадії (є).

10. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому тиск реакції перевищує 140 бар і, переважно, складає понад 200 бар.

11. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому використовують стиснену пару в ролі джерела тепла на будь-якій зі стадій: регенерації (10) неконвертованого карбамату; випарювання для видалення води з розчину сечовини; кристалізації для видалення води з розчину сечовини.

12. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому відпарювання розчину здійснюють газовим відпарювальним засобом, в ролі якого використовується СО» або аміак.

13. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, в якому на стадії (г) додатково виробляють принаймні другий потік пари, яка не стискається після його утворення, що використовується для підведення тепла до секції кристалізації, для згущення розчину сечовини.

14. Спосіб за будь-яким із пп. 2-13, в якому тиск рециркульованого розчину, одержаного при конденсації, підвищують до тиску реакції за допомогою відцентрового насоса (18).

15. Установка для синтезу сечовини із СО» і МН»з, яка включає принаймні: реактор (1), в якому здійснюється реакція СО» і МНз при тиску реакції, для формування водного розчину сечовини; відпарний пристрій (2), в який подається водний розчин сечовини та в якому цей розчин обробляється при тиску відпарювання з одержанням очищеного розчину (9) і газової фази (5), що містить аміак і діоксид вуглецю, причому відпарний пристрій включає вертикальний трубний пучок з падаючою плівкою; конденсатор (3) для конденсування газової фази з відпарного пристрою при тиску конденсації, для формування рециркульованого розчину, що направляється назад (6) у реактор, з формуванням, у такий спосіб, контуру синтезу; парову систему, яка містить принаймні перший паропровід і пристосовану для формування принаймні першого потоку пари, що відводиться з конденсатора і використовується в ролі Зо джерела тепла в принаймні одній секції установки (10), розташованій далі по потоку, яка відрізняється тим, що: парова система містить компресор (14) пари, пристосований для підвищення тиску першого потоку пари і подачі одержаного потоку стисненої пари в згадану принаймні одну секцію, розташовану далі по потоку, і компресор пари приводиться в дію електродвигуном.

16. Установка за п. 15, в якій контур синтезу є неізобаричним, і робочий тиск відпарного пристрою і конденсатора нижче тиску реактора, переважно нижче принаймні на 20 бар.

17. Установка за п. 16, в якій контур синтезу містить відцентровий насос (18), пристосований для подачі рециркульованого розчину (б) з конденсатора в реактор, з підвищенням тиску розчину до тиску реакції.

18. Спосіб модернізації установки для одержання сечовини, яка включає: реактор, в якому відбувається реакція СО»: і МНз при тиску реакції, для формування водного розчину сечовини; відпарний пристрій, в який подається водний розчин сечовини та в якому розчин обробляється при тиску відпарювання з одержанням очищеного розчину і газової фази, що містить аміак і діоксид вуглецю, причому відпарний пристрій включає вертикальний трубний пучок з падаючою плівкою; конденсатор для конденсування газової фази з відпарного пристрою при тиску конденсації, для формування рециркульованого розчину, що направляється назад в реактор, з формуванням, у такий спосіб, контуру синтезу; парову систему, яка містить принаймні перший паропровід і пристосовану для формування принаймні першого потоку пари, що відводиться від конденсатора і використовується в ролі джерела тепла в принаймні одній секції установки, розташованої нижче по потоку, і при здійсненні способу: додають до парової системи компресор (14) пари, який пристосований для підвищення тиску першого потоку пари і приводиться в дію електродвигуном.

КАК КК КК КК Кк Ток деккххххкккннкку ї Мк ї й ї ох ЇХ 1 й ї : й і:

З . 5 : З 5 Н й їх 1 й ї ї ; Н З х і й і: я дв я і ша 54 ї 3: яс і ке ї. я : ще і і їз ІЗ В пи : ЖЖ ж ї ї шини ї й ї : 2 й ох і 2 й - і З З і КЗ ї ї З вх і 1 й ке і 2 й Її 2 й ї 2 й Її 2 З ї : й ї й і - Ї і. : 5 З і т ї ї ДК тр ор о ерееротроорет стер сте сте еюссно УЖ и ЖК Кк Кк км, ї з з : їх х їх ї ї х ві : Ву х ї : їх КАК АК дл фулл З ї Х т Я Я З ї ший ї ї З І. зак ї т ї ї ї скккю с Її бккккхккудкккя, 7 ї Ж ї З їх у Еу ї ї ї : З ї Е ї в ї ї : | 13 ; ї ї ; ий, ї Е їж зх ї Ж ж : І й хе т 45 ї т ш З 3 Е ї Х ї Її їх ї : З Її: ї З ї З хх ї З ї ї ї ї ї ї З : ї ї ї З ї х : ї ї З Ж 7 й -х З і КУ ї чЕ З і ї З Я о . З і ї Кф КИ оеоесс тет ЕЙ й ї х а х Я ї Ош КУ ОА ї якій й В. ТЕ ЖЕ і ї З і х х ї ї

Ж. х й ї : З ї ї З п ї ї п ї ї ся ї ї х ї ї Тесееоеосеюююссюююю З В. З : й х Ж ї 1 ї 1 : : с Ех З ї хх х . А З і -х 31 ах т злвкикьх У ї дю ї х; ї ї ї ї - : ча Химюмюхюм юку ї у ї с . 15 ОО ВК «Ж ж

Фіг. 1

ІГ.

Пити Вот два І х : Н с : Н : 3 : ї І : х 1 : : : ї І : їх З І: ї : ла не пакт т а їх ди : , ї Щш са ї і ї ї ит : . ї ї Є : і ї ї з І ! БО 13 ! ї : : ; ї ї ї :

ї ї. ї : Ї З - : . 5 : К З : І у зд З і вв А ! З : нон ' - | : ї ' Х 7 ї : : | -18 но ! ї | : 1 Ії ї тен ! - СЯ і ення : ї і х М : : ї ! м ІЗ г ї ї і : і: ї ' ї 17 - : : ; ів Ж : ї х я х чі Ї соб ї ' я Ше : " і і й і ї5 ї і з ї їх ї і ії ї їх ' - І : і й і і 1 ' ке с рек ї : : зе х г" ї : і дя Коня пон В нен : ; і ї ; х : ІВ : ї М і Бу : ТМ, ї х і . : ї- : Її т ! . : с : Не ! 47 : ї Деотоюте і : ії і ї фен : ї : се : ї : ї : : ї : :

ї |. одсмннннн : ї : їх 7 ; НЯ ї ї Ух г; а ї й ТД одкннкккккккнкк, ! Ї в Ї я трон : т Її 1 і з ї - І КУ 3 Н - з ї ї ТВ у З денно дк Г ї АХ е Млдиииититииинння соосесссскся Ї ї ї 3 ч. ї Г їх 1 ї з Г . ї і З т. з Г М : ! 11 Танки ї х 3 ші : фДеехтланти паж ТК Ж ЮКЮК нити я ї : З 3 Хо Ж В іа Х їх Ж с. ку ї

Фіг. 2

ІГ.

ШЕ хо В нки ' : Ж обі ! і 14 ї ! З В Е : і : : ї Е і кенкнннн нн ; о ї : не : : ' МН х Н 1 а ї -- м : Е КЕ Менні нн нн ВК ння т і Е КЗ Н Ї З ія | ї

1. : : 1; и щі В | х. хо ї 1 х іі СКК яке 3. х стю с. Мн, 1 48 не;

Фіг. З