Proceso de síntesis de la urea
El amoníaco líquido crudo y el gas CO2 purificado ingresan a la torre de síntesis de urea después de ser comprimidos. El amoníaco y el CO2 sin reaccionar en el líquido de reacción de síntesis se descomponen a presión reducida. , excepto que el gas de cola después del amoníaco se envía al taller de procesamiento de amoníaco para generar sal de amonio. Los materiales que no han reaccionado no regresan al sistema de síntesis, por lo que se denomina método no cíclico. Si los materiales que no han reaccionado se descomponen a presión reducida y se devuelven parcialmente al sistema de síntesis después de la condensación, se denomina método de reciclaje parcial. Este método tiene un alto costo y una tecnología atrasada, y hace tiempo que se eliminó.
II. Método de circulación de solución completa
Después de la reacción de síntesis de urea, los reactivos no convertidos, amoníaco y CO2, se separan de la solución de urea mediante reducción de presión en varias etapas y descomposición térmica, y luego todos Volver al sistema de síntesis para mejorar la utilización de las materias primas amoniaco y CO2. Este método se llama método de circulación total. Según los diferentes métodos de recuperación de amoníaco y CO2 sin reaccionar, se puede dividir en método de circulación completa en solución, método de separación de gases (adsorción selectiva), método de circulación de lodo y método de circulación de gas caliente.
① Método de separación de gases (es decir, método de absorción selectiva). Este método utiliza una solución acuosa de urea y ácido nítrico como absorbente para absorber selectivamente el amoníaco en el gas descompuesto. Después de que se regenera el líquido de absorción, el amoníaco se recupera y se devuelve a la torre de síntesis después de la compresión y condensación. O la mezcla de amoníaco, CO2 y vapor de agua descompuesta por calentamiento a presión reducida es absorbida por la solución MEA y el amoníaco restante se condensa y se devuelve a la torre de síntesis.
②Método de circulación completa en solución acuosa. Después de sintetizar la urea, el amoníaco y el CO2 que no han reaccionado se descomponen y separan, se absorben en la solución de carbamato de amonio con agua y luego se reciclan al sistema de síntesis, lo que se denomina método de ciclo completo de solución acuosa. Desde la década de 1960, se ha promovido rápidamente y tiene una gran ventaja en la producción de urea, y todavía se mejora continuamente. Los ejemplos típicos incluyen el método de circulación total de solución acuosa de Stamikaben de los Países Bajos, el método de circulación total de solución acuosa de la sucursal estadounidense de Kemi y los métodos C y D mejorados de Mitsui Toto de Japón.
Las condiciones de proceso de los tres procesos del ciclo completo de solución acuosa se muestran en la Tabla 6-13.
Tabla 1
Condiciones de proceso del ciclo completo de solución acuosa
Método
Presión//MPa
Temperatura/ ℃
NH3/CO2
H2O/dióxido de carbono
Tipo de cambio
Método Stamicarbon
Monte ·Método de Edison
Método c modificado de Mitsui East Pressure
19.62~21.58
19.62
22.56~24.53
185~188
195~200
190~200
4.0
3.5
4.0
0,60
0,55
0,37
62%
63%
72%
Tres. Extracción de gas
El método de ciclo completo de solución acuosa no consume solventes costosos, ahorra inversión, se ha utilizado ampliamente y ha hecho una contribución positiva al desarrollo de la industria de la urea. Sin embargo, existen muchos problemas con el método de circulación total de la solución acuosa, como la utilización insuficiente de energía, el calor de reacción se enfría con una gran cantidad de líquido circulante y la utilización insuficiente de la bomba de metano-amonio del primer nivel está gravemente corroída, lo que dificulta la fabricación; , operación y mantenimiento muy problemático. Para recuperar trazas de CO2 y amoníaco, el proceso se vuelve demasiado complejo. La extracción con vapor es un nuevo método desarrollado sobre la base de la transformación del ciclo completo de soluciones acuosas.
El llamado método de decapado consiste en utilizar agentes decapantes como CO2, amoníaco, gas de desplazamiento u otros gases inertes, y calentarlo bajo una cierta presión para promover la descomposición del carbamato de amonio que no se ha convertido. en urea y el gas amoniaco líquido. La eficiencia de la descomposición por extracción se ve afectada por la presión, la temperatura, la relación líquido-gas y el tiempo de residencia. Una temperatura demasiado alta acelerará la hidrólisis del amoníaco y el aumento de biuret, mientras que una presión demasiado baja reducirá la tasa de absorción de condensación de los productos de descomposición. Cuanto más corto sea el tiempo de decapado, mejor. Puede prevenir reacciones de hidrólisis y condensación. Por lo tanto, la extracción se basa en el principio de síntesis de dos etapas, es decir, el amoníaco líquido y el CO2 gaseoso reaccionan en un condensador de alta presión para formar metilamonio, y la reacción de deshidratación del metilamonio se lleva a cabo en la torre de síntesis de urea. De hecho, para mantener la temperatura de reacción de la torre de síntesis de urea, parte del metilamonio permanece en la torre de síntesis en lugar de completarse todo en el condensador de alta presión. La reacción en el stripper es la siguiente
Esta es una reacción reversible endotérmica y que aumenta el volumen. Siempre que haya suficiente calor y se pueda reducir la presión parcial de cualquier componente en el producto de reacción, la reacción de descomposición del metilamonio siempre puede avanzar hacia la derecha. La extracción con gas se basa en este principio. Cuando se introduce gas CO2, la presión parcial del CO2 es 1, mientras que la presión parcial del amoníaco tiende a 0, lo que hace que la reacción continúe. De manera similar, la extracción de amoníaco tiene los mismos resultados.
El proceso de stripping con gas supone una importante mejora tecnológica en la producción actual de síntesis de urea. En comparación con el método de ciclo completo de solución acuosa, tiene las ventajas de un proceso simplificado, bajo consumo de energía, costos de producción reducidos, escala de serie única grande, operación equilibrada y segura y ciclo de operación largo. La extracción de gas incluye principalmente la extracción de CO2 con Stamicarbon, la extracción de amoníaco SNAM, el método IDR (doble extracción isobárica) y el método ACES.
La Figura 6-12 es un diagrama esquemático del proceso de eliminación de CO2 de Stamikaben en los Países Bajos. Este método se estudió con éxito en 1964 y se utilizó ampliamente a principios de la década de 1970.
Actualmente se ha convertido en el proceso de producción con mayor número de fábricas, y una sola serie puede alcanzar 1756 ~ 2100 t/d.
Después del CO2, el gas materia prima para la síntesis de urea, se presuriza (su La presión es la misma que la de la torre de síntesis), primero entra en el vapor de CO2. Al levantar la torre, la mayor parte del carbamato de amonio que no se convierte en urea se descompone y escapa con el CO2. El calor necesario para la extracción y la descomposición lo proporciona vapor de 2,45 MPa, y la salida de la torre de extracción de CO2 fluye hacia el condensador de amonio y metano de alta presión. Los materiales que fluyen hacia el condensador incluyen amoníaco líquido de materia prima presurizado y solución de carbamato de amonio lavada a alta presión. El líquido se condensa en el condensador de carbamato de amonio a alta presión a través del eyector de amoníaco líquido a alta presión, y el carbamato de amonio absorbe CO2. reacción. . El calor liberado durante el proceso de absorción y la reacción genera vapor de baja presión de 0,294 MPa. La mayoría de las reacciones para producir carbamato de amonio se llevan a cabo en condensadores de alta presión, y algunas de las reacciones para producir carbamato de amonio se llevan a cabo en la síntesis de urea. torre. Para mantener el calor requerido para la deshidratación de metilamina en la torre de síntesis de urea, la temperatura de funcionamiento de la torre de síntesis de urea se puede controlar controlando la cantidad de condensación del condensador de alta presión. La mezcla de reacción que fluye desde el fondo de la torre de síntesis de urea ingresa a la torre de extracción de CO2. La mezcla de reacción que fluye desde el fondo de la torre de extracción de CO2 se descomprime a 0,2533 MPa y luego ingresa al descomponedor de baja presión, donde continúa. Se calienta para descomponerse y escapar la metilamina y el amoníaco restantes. Después de la evaporación instantánea, la solución de urea en el fondo de la torre se envía a una evaporación al vacío en dos etapas. La urea fundida se concentra al 99,7% (fracción de masa) y finalmente se envía a la torre de prilación para formar productos granulares. El gas mezclado que sale de la parte superior de la torre de descomposición se condensa y se absorbe a baja presión, y la solución de carbamato de amonio resultante se bombea al depurador de alta presión. El gas mezclado en la parte superior de la torre de síntesis de urea también ingresa al depurador de alta presión para su recuperación.