Удаление газовой смеси из узла синтеза
В составе исходных реагентов, поступающих в колонну синтеза, неизбежно присутствуют газы, инертиые по отношению к реакции образования карбамида. Поэтому некоторое количество NH3 (иногда совместно с С02) в смеси с инертными веществами остается в газообразном состоянии в течение всего периода пребывания в реакторе. Наиболее экономичный способ переработки этой части сырья заключается в том, чтобы, не снижая давления, отделить NH3 и С02 (например, абсорбцией) от примеси инертных газов и вновь возвратить в реактор. Такой прием используется в стриппинг-ироцессах, для которых характерна особенно высокая доля газовой фазы в реакторе синтеза. В частности, в схеме «Стамикарбон» [11 ] исходные реагенты вводят в нижнюю часть колонны, газовый поток удаляют сверху, а продукционный плав отводят из реактора по переливной трубе снизу.
В одной из модификаций стриппниг-процесса часть газовой смеси направляют на отмывку NH3 и С02 от веществ, инертных к процессу синтеза карбамида, а Другую часть инжектируют в реакционную зону потоком жидкого NH3. В ином варианте с двумя установленными последовательно реакторами (давление в первом 9—14 МПа, во втором — свыше 16 МПа) газовый поток отводят из первой колонны, что улучшает гидродинамическую обстановку во второй колонне.
Решения, предусматривающие аналогичную организацию движения газовых и жидкостных потоков, содержатся и в других схемах [11, 18].
В работе [19] предложено процесс синтеза карбамида вести в горизонтальном реакторе при 8,5—13 МПа, 160—200 °С, L— 2, W — 0. При этих условиях значительная часть воды, образующейся при дегидратации карбамата аммония, переходит в газовую фазу, и соотношение Н20 : CO(NH2)2 в жидкости становится ниже стехиометрического. Газовую смесь выводят из реактора отдельно от жидкостного потока и после фракционной конденсации Н20 циркуляционной газодув - кой вновь возвращают в зону синтеза. В рассматриваемой схеме снижение концентрации воды в плаве — важная предпосылка повышения хв. В то же время нельзя не учитывать, что в условиях повышенных температур и низкого давления существенно снизится массовая доля жидкости в реакторе и соответственно уменьшится удельная производительность.
Задача снижения (в пределе до нуля) доли газовой фазы в реакторе имеет большое значение для оптимизации гидродинамических и термодинамических условий процесса синтеза в схемах без рецикла воды и с жидкостным рециклом. Рассмотрим относящиеся к этим схемам технические решения.
По методу [20], исходные NH3 и С02 сжимают порознь до давления синтеза и в стехиометрическом соотношении подают в охлаждаемый реактор карбамата аммония, где поддерживают температуру не ниже точки плавления H2NCOONH4. В установленном после реактора карбамата сепараторе без изменения давления отделяют инертные газы, и жидкостный поток передают в реактор синтеза карбамида, куда также вводят избыточный NH3. Далее, плав при давлении, равном Рс, разделяют пофазно в сепараторе, газовый поток из которого полностью или частично возвращают в зону синтеза карбамида. Рециркулируемый газовый поток содержит, наряду с водяными парами, около 99% (об.) NH3 и 1% С02. Для возврата этой газовой смеси в реактор используют газодувку либо эжектор, где в качестве рабочего потока служит жидкий NH3. Недостаток метода состоит в том, что при взаимодействии жидкостного потока из реактора карбамата с избыточным NH3 часть последнего испаряется; при проведении синтеза карбамида в гетерогенных условиях ухудшается гидродинамический режим и снижается эффективность процесса.
Чтобы обеспечить условия синтеза карбамида, близкие к гомогенным, по методу [21] процесс ведут последовательно в зоне утилизации теплоты образования карбамата аммония, в зоне растворения NH3, где поддерживают избыток NH3 75—100%, и в зоне образования плава синтеза. Часть газожидкостной смеси из зоны растворения аммиака направляют в зону утилизации теплоты в количестве, обеспечивающем поддержание во второй из зон избытка аммиака 30—40%. В состав рециркулируемой газожидкостной смеси входит все количество газа, выделяющегося в зоне растворения NH3, и некоторое количество увлекаемой этим газом жидкости. Инертные газы из системы выводятся через зону утилизации теплоты.
Возможность отвода части избыточного газообразного аммиака из вертикального цилиндрического реактора (со штуцером выгрузки продукционного плава в верхней крышке) исследовалась [22] на модели реактора объемом 3000 см3, а также на промышленной колонне синтеза объемом 31,5 м3. Полученные данные могут быть использованы при разработке рациональных методов выделения и рекуперации практически чистого NH3 под давлением синтеза карбамида.
