Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
На всех отечественных и большинстве зарубежных установок производства карбамида, которые работают по схеме с жидкостным рециклом, синтез проводят в автотермических условиях [1, 75 ] за счет совмещения в одном и том же аппарате экзотермических процессов (конденсация газообразного сырья и образование кар-бамата аммония) и эндотермического процесса (дегидратация кар-бамата аммония). Это позволяет использовать в качестве реактора
простейшее устройство — пустотелый цилиндр [1 ]. Однако к. п. д. и удельная производительность таких реакторов сравнительно невелики [40]. В связи с наблюдающейся тенденцией к многократному увеличению единичной мощности агрегатов [44, 74, 76], актуальное значение приобретает задача повышения эффективности аппаратуры синтеза.
Рассмотрим известные способы технологического и конструктивного оформления узла синтеза.
Чтобы уменьшить отрицательное влияние воды на эффективность процесса и сместить равновесие реакции синтеза карбамида в сторону целевого продукта, предложено использовать дегидратирующие средства и некоторые добавки, продувать плав синтеза аммиаком, поддерживать в зоне синтеза избыток NH3 сверх стехиометрического количества, осуществлять рецикл карбамида, вымораживать воду из плава синтеза [57, 77]. Кроне того, для интенсификации синтеза карбамида рекомендуют [57, 78] вести процесс: а) в насадочной колонне, куда загружены молекулярные сита, поглощающие воду; б) с применением различных катализаторов; в) при повышенных температуре и давлении; г) удаляя часть H2O из зоны синтеза карбамида так, чтобы мольное соотношение H2O : CO(NH2)2 в этой зоне было ниже стехиометрического.
Чтобы уменьшить отрицательное влияние воды, рекомендуют [79] также ректифицировать под давлением синтеза рециркулируемын поток УАС или синтезировать карбамид в две стуленії с таким распределением УАС, при котором в первой ступени W = 0—0,25.
Для уменьшения градиента плотности среды в реакторе полезна сепарация газовой базы в зоне синтеза [44, 74] с последующим удалением из системы инертных газов [79, 80] (гл. III).
Созданы разнообразные конструкции реактора синтеза карбамида [80, 81]: а) для дегидратации твердого карбамата аммония; б) в виде цилиндра с каналами, по которым проходит жидкий аммиак, а реакционная смесь циркулирует между внутренней и внешней полостями, разделенными цилиндрической перегородкой; в) с цилиндрическим корпусом, служащим катодом, и имеющим изолированный анод; г) с зазором между обечайкой и внутренней перегородкой, по которому подают жидкий NH3, защищающий корпус от агрессивной реакционной среды; д) с разнообразными теплообменными элементами.
В частности, для равномерного распределения тепла образования карбамата аммония из NH3 и CO2 в зоне его дегидратации в реактор встраивают открытый снизу змеевик, в который сверху подают основную часть реагентов, остальную часть сырья вводят в нижнюю часть аппарата, а из верхней отводят плав синтеза. За счет такой организации движения потоков в реакторе устраняются зоны локального перегрева и обеспечивается постоянная температура почти по всей высоте реактора. В другом варианте конструкция реактора со встроенным теплообменником предусматривает возможность проведения стриппинг-дистилляцин плава синтеза в токе NH3 или CO2. Наконец, во встроенном в реактор теплообменнике испаряют жидкий NH3 и подогревают его перед подачей в зону стриппинг-дистилляции.
К числу оригинальных разработок следует отнести способ синтеза при давлении 4,0—12,0 МПа, предполагающий дегидратацию карбамата аммония, находящегося в среде расплавленного карбамида [82]. В случае синтеза при пониженном давлении [83] упрощаются задачи изготовления и эксплуатации реактора, а также сжатия исходных реагентов, снижаются связанные с этим энергозатраты.
Чтобы практически полностью исключить возможность вертикальных циркуляции потоков, реактор оборудуют тарелками или другими насадками, причем располагать их рекомендуется с уменьшающимся по высоте шагом в направлении движения сырьевого потока. Целесообразность использования этого средства аргументирована данными промышленных испытаний тарельчатых аппаратов [39, 70, 76, 84].
Одно из эффективных средств интенсификации процесса синтеза карбамида [40] — предварительное связывание исходных реагентов в карбамат аммония в отдельной зоне (в форреакторе). Известно множество разновидностей этого приема, но они далеко не равноценны. К числу громоздких и сложных относятся способы [85], предусматривающие получение карбамата аммония в твердом виде, либо приготовление суспензии карбамата аммония в инертной среде (минеральное масло, ксилол и др.) и подачу суспензии в реактор синтеза карбамида. Одна из модификаций рассматриваемого метода включает промежуточную стадию — отделение масла от карбамата аммония при температуре его плавления перед подачей последнего в реактор.
Потребность в инертных средах отпадает при получении карбамата аммония в форреакторе в виде раствора при давлении синтеза карбамида [86]. Тем не менее, и в этом случае некоторая сложность проведения процесса сохраняется и обусловлена, главным образом, необходимостью подведения теплоты в зону дегидратации карбамата аммония.
