ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Выделение непрореагировавших веществ

Физико-химические основы и технология выделе­ния из плава синтеза не превращенных в карбамид NH3 и С02 под давлением синтеза будут рассмотрены в гл. IV, посвященной стриппинг-процессам «Стамикарбон» и «Снам Проджетти». Фи­зико-химические основы дистилляции плава синтеза при ступен­чатом снижении давления, а также некоторые варианты техноло­гического и аппаратурного оформления этих процессов изложены в работах 11, 2].

Недавно разработан метод расчета температуры дросселиро­вания плава синтеза [3]. Умение вычислять температуру дрос­селирования іяр и правильно оценивать ее связь с другими техно­логическими величинами необходимо в практике проектирования, при инженерных расчетах в связи с разработкой новых процес­сов и аппаратов, при создании автоматизированных систем управ­ления технологическим процессом с помощью УВМ. Поскольку методика [3] довольно громоздка и в некоторых инженерных рас­четах пользоваться ею не совсем удобно, с помощью ЭЦВМ по­лучено следующее регрессионное уравнение для определения [4]:

/др = 0,1242tc + 14,58Рд + 0,1997^д — 0,5099РС —

— 16,06xB — 3,921 L +7,343W + 77 (ПІЛ)

Где Рс, Рд — давление при синтезе и дистилляции, МПа; tc, — температура плава в колонне синтеза и подогревателе дистилля­ции, °С.

Технологические и аппаратурные средства выделения

Непрореагировавших веществ

В промышленной практике наибольшее распространение полу­чил метод, который заключается в нагревании плава синтеза (до или после дрос­селирования) с последующей сепарацией фаз при пониженном давлении. Для осуществления метода разработана соответствующая аппаратура. Теплоту, необходимую для ректификации плава, предлагают подводить косвенно, через выносной кипятильник, в частности, пленочного типа, либо непосредственно, введением в плав острого пара, дымовых газов, расплава металлов либо мине­рального масла (для рекуперации тепла масло вместе с исходными реагентами подают в зону синтеза карбамида) [5].

Одноступенчатая дистилляция с одновременным обезвоживанием карбамида пригодна только для разомкнутых схем. Методы с рециркуляцией NH3 и С02 обычно включают двухступенчатую дистилляцию. С целью более полной реку­перации сырья и снижения энергозатрат предлагают применять 3—4 ступени [5, 6].

Для интенсификации процесса дистилляции, повышений степени разделе­ния компонентов плава синтеза карбамида и снижения содержания Н20 в газах дистилляции рекомендуют поток плава синтеза, подаваемого на орошение верх­ней части колонны дистилляции, предварительно охлаждать; часть плава син­теза направлять, минуя подогреватель, на контактирование с потоком газов дистилляции; в отдельной зоне выделять избыточный NH3, незначительно повы­шая температуру жидкости после адиабатического дросселирования плава син­теза и сепарации фаз (при этом уменьшается нагрузка на зону разложения кар­бамата аммония при повышенной температуре); предотвращать циркуляцию плава в подогревателе и быстро выводить из него газовый и жидкостный поток раздельно; ограничить до 10—60 с время контактирования газов дистилляции с жидкой фазой с тем, чтобы газовая фаза была неравновесна по отношению к жидкой; нагревать плав синтеза после дросселирования и перед подачей на орошение колонны дистилляции до 150—160 °С; подогревать газожидкостную смесь после адиабатического дросселирования плава синтеза примерно на 20 °С и после сепарации фаз проводить дистилляцию жидкости при более высокой температуре [7].

Чтобы снизить рецикл воды в колонну синтеза и эффективно использовать теплоту конденсации газов дистилляции, предусматривают разделение компо­нентов плава синтеза карбамида при повышенных давлениях и температурах [8]. В частности, с этой целью в технологическую схему вводят ступень дистил­ляции при 5—13 МПа. Для выделения избыточного NH3 (с небольшой примесью С02) плав синтеза подают в сепаратор при давлении, промежуточном между значениями давлений синтеза и дистилляции. Если же при этом поддерживать давление, при котором СОа практически не испаряется, отпадает необходимость очистки возвратного аммиака. Чтобы свести до минимума возможность протека­ния процессов гидролиза карбамида и образования биурета при высокотемпера­турной дистилляции, сконструированы скоростные пленочные подогреватели [7, 9].

Наряду с указанными выше преимуществами дистилляции при повышен­ном давлении, выделение NH3 и С02 из плава под давлением синтеза существенно упрощает рецикл непрореагировавших веществ. В то же время, чем выше давле­ние в зоне дистилляции, тем выше должна быть температура процесса. Для пре­дотвращения сопутствующих высокотемпературной дистилляции побочных про­цессов гидролиза карбамида и образования биурета предусматривают поддержа­ние в зоне синтеза мольного соотношения NH3 : С02 = 5—12 и сжатие плава перед дистилляцией до давления, превышающего давление синтеза [9, 10].

Одно из наиболее эффективных направлений интенсификации дистилляции и сокращения времени пребывания смеси в зоне с высокой температурой состоит в продувке плава (под давлением синтеза или ниже) различными стриппинг - агентами: аммиаком, диоксидом углерода, потоком газов дистилляции, азотом либо другими инертными (по отношению к процессу синтеза карбамида) газами, а также смесью jNH3 и С02 с дымовыми либо инертными газами. Имеются схемы с двумя зонами отдувки: в первой зоне NH3, во второй — С02; либо в первой зоне — NH3 или С02 и во второй — инертным газом. Согласно способу [7], плав после сепарации фаз на каждой из ступеней дистилляции дополнительно продувают потоком С02. По методу [11], предварительно сжатую смесь газов дистилляции низкого давления вместе со свежей СОа используют в качестве стриппинг-агента на стадии дистилляции при повышенном давлении. Существует вариант тонкой очистки от примеси NH3 водного раствора карбамида перед вы­паркой (или кристаллизацией), заключающийся в продувке раствора под давле­нием 0,05—0,15 МПа потоком С02 с последующим возвратом части этого потока (после освобождения от примеси NH3) вновь в зону продувки [5, 7, 11].

Оборудование узла стриппннг-дистилляции, как правило, вызывает весьма значительные трудности при изготовлении и эксплуатации. Для упрощения аппаратурного оформления предлагают совмещать реактор и дистиллятор в одном корпусе, проводить стриипинг-дистилляцию в адиабатических условиях, предва­рительно нагревая плав после колонны синтеза до 205—220 °С, либо поддержи­вая в колонне синтеза tc > 205 °С. Аналогичную цель преследуют, размещая теплообменник дистилляции внутри реактора. При этом использование тепла образования карбамата аммония исключает необходимость введения в теплооб­менник пара высокого давления; кроме того, поскольку наружное и внутреннее давление в трубчатке примерно одинаковы, упрощается изготовление теплообмен­ника [5, 11, 12].

Для повышения коррозионной стойкости оборудования рекомендуют вводить кислород в зоны стриппинг-дистилляции или конденсации газов дистилляции, а также применять новые конструкционные материалы для изготовления дистил - ляционной аппаратуры — безникелевую ферритную хромомолибденовую сталь и сталь с высоким содержанием хрома — двухфазный аустенитноферритный сплав [13].

Одним из достоинств производства карбамида со стриппинг-дистилляцией плава синтеза при повышенном давлении, как уже отмечалось, является отно­сительно небольшой рецикл Н20 в реактор. Аналогичный результат достигается, если в схему с жидкостным рециклом ввести узел стриппинг-дистилляции рецир - кулируемого РУАС при давлении синтеза [14], подавая выделенную смесь газо­образных NH3 и С02 в реактор до конденсации либо после нее.