Производство карбамида технология


Производство карбамида

Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большей устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, т. е. менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроскопичен, может применяться не только как удобрение, но и в качестве добавки к корму крупного рогатого скота. Карбамид, кроме того, широко используется для получения сложных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия, а также для получения пластмасс, клеев, лаков и покрытий. Карбамид CO(NH2)2 — белое кристаллическое вещество, содержащее 46,6% азота. Его получение основано на реакции взаимодействия аммиака с диоксидом углерода:

2NH3 + CO2 ↔ CO(NH2)2 + H2O; ΔН = —110.1 кДж (1)

Таким образом, сырьем для производства карбамида служат аммиак и диоксид углерода, получаемый в качестве побочного продукта при производстве технологического газа для синтеза аммиака. Поэтому производство карбамида на химических заводах обычно комбинируют с производством аммиака. Реакция (I) — суммарная; она протекает в две стадии. На первой стадии происходит синтез карбамата:

2NH3(г) + CO2(г) ↔ NH2СООNH 4(ж); ΔН = –125,6кДж (2)

На второй стадии протекает эндотермический процесс отщепления воды от молекул карбамата, в результате которого и происходит образование карбамида:

NH2СООNH4 (ж) ↔ CO(NH2)2 (ж) + H2O (ж) ; ΔН =15,5кДж (3) Реакция образования карбамата аммония — обратимая экзотермическая реакция, протекающая с уменьшением объема. Для смещения равновесия в сторону продукта ее необходимо проводить при повышенном давлении. Для того чтобы процесс протекал с достаточно высокой скоростью, необходимы повышенные температуры. Повышение давления компенсирует отрицательное влияние высоких температур на смещение равновесия реакции в обратную сторону. На практике синтез карбамида проводят при температурах 150—190°С и давлении 15-20 МПа. В этих условиях реакция протекает с высокой скоростью и практически до конца. Разложение карбамата аммония — обратимая эндотермическая реакция, интенсивно протекающая в жидкой фазе. Чтобы в реакторе не происходило кристаллизации твердых продуктов, процесс необходимо вести при температурах не ниже 98°С [эвтектическая точка для системы CO(NH2)2 — NH2COONH4]. Более высокие температуры смещают равновесие реакции вправо и повышают ее скорость. Максимальная степень превращения карбамата в карбамид достигается при 220°С. Для смещения равновесия этой реакции вводят также избыток аммиака, который, связывая реакционную воду, удаляет ее из сферы реакции. Однако добиться полного превращения карбамата в карбамид все же не удается. Реакционная смесь помимо продуктов реакции (карбамида и воды) содержит также карбамат аммония и продукты его разложения — аммиак и СО2.

Для полного использования исходного сырья необходимо либо предусмотреть возвращение непрореагировавших аммиака и диоксида углерода, а также углеаммонийных солей (промежуточных продуктов реакции) в колонну синтеза, т. е. создание рецикла, либо отделение карбамида от реакционной смеси и направление оставшихся реагентов на другие производства, например на производство аммиачной селитры, т.е. проведение процесса по открытой схеме.

В последнем случае плав, выходящий из колонны синтеза, дросселируют до атмосферного давления; равновесие реакции (2) при температурах 140-150°С практически полностью смещается влево и весь оставшийся карбамат разлагается. В жидкой фазе остается водный раствор карбамида, который упаривают и направляют на грануляцию. Рецикл образовавшихся газообразных аммиака и диоксида углерода в колонну синтеза потребовал бы их сжатия в компрессоре до давления синтеза карбамида. Это сопряжено с техническими трудностями, связанными с возможностью образования карбамата при низких температурах и высоком давлении уже в компрессоре и забивки машин и тру- бопроводов твердыми частицами.

Поэтому в закрытых схемах (схемах с рециркуляцией) обычно применяют только жидкостной рецикл. Существует ряд технологических схем с жидкостным рециклом. К числу наиболее прогрессивных принадлежат так называемые схемы с полным жидкостным рециклом и с применением стриппинг-процесса. Стриппинг (отдувка) заключается в том, что разложение карбамата аммония в плаве после колонны синтеза ведут при давлении, близком к давлению на стадии синтеза, продувкой плава сжатым СО2 или сжатым аммиаком. В этих условиях диссоциация карбамата аммония происходит за счет того, что при продувке плава диоксидом углерода резко снижается парциальное давление аммиака и происходит смещение равновесия реакции (2) влево. Такой процесс отличается использованием теплоты реакции образования карбамата и более низким расходом энергии.

На рис.8.9. приведена упрощенная схема крупнотоннажного агрегата синтеза карбамида с жидкостным рециклом и применением стриппинг-процесса. В ней можно выделить узел высокого давления, узел низкого давления и систему грануляции. Водный раствор карбамата аммония и углеаммонийных солей, а также аммиак и диоксид углерода поступают в нижнюю часть колонны синтеза 1 из конденсатора высокого давления 4. В колонне синтеза при температуре 170—190°С и давлении 13—15 МПа заканчивается образование карбамата и протекает реакция синтеза карбамида. Расход реагентов подбирают таким образом, чтобы в реакторе молярное отношение NH3 : СО2 составляло 2,8—2,9. Жидкая реакционная смесь (плав) из колонны синтеза карбамида поступает в отдувочную колонну 5, где стекает по трубкам вниз. Противотоком к плаву подают сжатый в компрессоре до давления 13— 15 МПа диоксид углерода, к которому для образования пассивирующей пленки и уменьшения коррозии оборудования добавлен воздух в количестве, обеспечивающем в смеси концентрацию кислорода 0,5-0,8%. Отдувочная колонна обогревается водяным паром. Парогазовая смесь из колонны 5, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 4. В него же вводят жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим потоком в инжекторе 3, подающем в конденсатор раствор углеаммонийных солей из скруббера 2 и при необходимости часть

Рис.8.9. Упрощенная технологическая схема получения карбамида с полным жидкостным рециклом и применением процесса стриппинга:

1 – колонна синтеза карбамида; 2 – скруббер высокого давления; 3 –инжектор; 4 – карбаматный конденсатор высокоого давления; 5 –отдувочная колонна; 6 – насосы; 7 –конденсатор низкого давления; 8 – ректификационная колонна низкого давления; 9 –подогреватель; 10 – сборник; 11 –выпарной аппарат; 12 – грануляционная башня.

плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат. Выделяющуюся при реакции теплоту используют для получения водяного пара.

Из верхней части колонны синтеза непрерывно выходят непрореагировавшие газы, поступающие в скруббер высокого давления 2, в котором большая часть их конденсируется за счет водного охлаждения, образуя водный раствор карбамата и углеаммонийных солей. Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 5, содержит 4-5% карбамата. Для окончательного его разложения раствор дросселируют до давления 0,3-0,6 МПа и затем направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 8. Жидкая фаза стекает в колонне вниз по насадке противотоком к парогазовой смеси, поднимающейся снизу вверх; из верхней части колонны выходят NH3 , CO2 и водяные пары. Водяные пары конденсируются в конденсаторе низкого давления 7, при этом растворяется основная часть аммиака и диоксида углерода. Полученный раствор направляют в скруббер 2. Окончательная очистка газов, выбрасываемых в атмосферу, производится абсорбционными методами (на схеме не показана).

70%-ный водный раствор карбамида, выходящий из нижней части ректификационной колонны 8, отделяют от парогазовой смеси и направляют после снижения давления до атмосферного сначала на выпарку, а затем на грануляцию. Перед распылением плава в грануляционной башне 12 к нему добавляют кондиционирующие добавки, например мочевиноформальдегидную смолу, чтобы получить неслеживающееся удобрение, не портящееся при хранении.

Принципиальная схема с полным рециклом

Просмотров: 1075

Вернуться в категорию: Витамины

Как делают мочевину AdBlue?

Существует два основных метода производства раствора мочевины для дизеля AdBlue:

  • "Прямой метод" — этот способ производства AdBlue возможен только непосредственно на Азотном заводе.
  • "Вторичный метод", или так называемый «Блендинг», то есть технология смешивания гранулированной мочевины с водой.

AdBlue представляет собой раствор мочевины высшего качества и деминерализованной воды, смешанный в пропорции 32% мочевины и 68% воды.

Мочевину или карбамид, как минеральное сырье, производят крупные химические предприятия — их еще называют «Азотными заводами».

ПРОИЗВОДСТВО КАРБАМИДА

В товарном виде мочевина существует, как гранулы и в основном используется в сельском хозяйстве как удобрения, а так же в химической промышленности и медицине. При производстве AdBlue методом "блендинга" используются гранулы мочевины самого высокого качества, так называемые «Automotive Grade Urea» (Автомобильная мочевина).

Так вот, принципиальная разница двух методов производства AdBlue состоит в том, что при «прямом методе» прямо на Азотном заводе непосредственно после синтеза самой мочевины ее не гранулируют, а сразу смешивают с деминерализованной водой.

Часто производителя раствора мочевины по "прямому методу" называют "Первичным производителем" AdBlue.

А "блендинг" (вторичный метод) предполагает приобретение предприятием производителем AdBlue мочевины в гранулах на том же Азотном заводе с последующим смешиванием ее с деминерализованной водой на своем производстве.

"Прямой метод" считается более продвинутым, так как исключается сам процесс гранулирования и последующее перемещение сырья до производителя, что обеспечивает наивысшее качество AdBlue и в большей степени исключает возможные нежелательные примеси в готовом растворе мочевины для дизеля.

В любом случае все, и "первичные" и "вторичные", производители AdBlue являются официальными обладателями лицензии на торговый знак AdBlue, строго придерживаются стандартов и требований в этой области и производят продукт гарантированного качества, соответствующий стандарту ISO 22241-1.

Наряду с лицензированными, то есть легальными производителями AdBlue, на рынке России существуют и другие производители «мочевины для дизеля», которые не имеют право называть свой продукт AdBlue.

Чтобы вызвать у покупателя доверие к своей "мочевине" и провести связь с качеством лицензионного AdBlue эти производители часто называют свои продукты схожими названиями, где фигурирует слово «БЛЮ» типа такой-Blue, сякой-Blue, лучший-Blue и т.д.

Иногда даже называют свою мочевину для дизеля «полным аналогом AdBlue», что вводит потребителя в заблуждение и является нарушением авторских прав на торговый знак AdBlue.

Качество продуктов "имитаторов" не гарантировано никакими системами контроля качества.

Все автопроизводители рекомендуют использовать "мочевину для дизеля" под торговым знаком AdBlue.

Это обеспечит гарантию качества используемой в системе SCR жидкости AdBlue и долговечность компонентов катализатора автомобиля.

На сегодняшний день в России существует 4 легальных лицензированных производителя AdBlue.

Единственным производителем AdBlue по "прямому методу" в России является компания ЕВРОХИМ.

Используйте в своем автомобиле исключительно лицензионную жидкость AdBlue!

Каталог AdBlue ISO 22241-1

На рис. 2 изображена схема синтеза карбамида с двухступенчатой дистилляцией плава и жидкостным рециклом. Газообразная двуокись углерода (СО2), предварительно очищенная от сероводорода (H2S) и органической серы (S), освобожденная от механических загрязнений и в которую для уменьшения коррозии колонны синтеза добавлен кислород (О2), сжимается в четырехступенчатом компрессоре (1) и при 35-40 оС направляется в смеситель (2).

Сюда же, также под давлением 200 ат., плунжерным насосом (20) подается жидкий аммиак, и вторым плунжерным насосом (17) – раствор аммонийных солей, в виде которого возвращаются в цикл не превращенные в карбамид аммиак (NH3) и двуокись углерода. В результате перемешивания компонентов в смесителе (2) при температуре 75 оС образуется карбамат аммония.

Затем реакционная смесь поступает в колонну синтеза (3) в которой при 185 оС идет образование карбамида

Плав, выходящий из колонны синтеза карбамида содержащий 30-31 % карбамида, 21-22 % карбамата аммония, 33-34 % избыточного аммиака и 16-17 % воды, направляется на двухступенчатую дистилляцию. Агрегат дистилляции состоит из трех аппаратов: ректификационной колонны (5 и 10), подогревателя (6 и 11) и сепаратора (7 и 12)

Плав карбамида, выходящий из колонны синтеза (3) после дросселирования (4) подается в ректификационную колонну первой ступени (5) для дальнейшего разложения карбамата и выделения газообразных продуктов разложения и свободного аммиака из раствора карбамида.

Давление поддерживается в пределах 1,6-1,7 МПа, температура в верхней части колонны 110-120 оС и жидкой фазы на выходе из колонны 135-140 оС

Ректификационная колонная работает в цикле с подогревателем (6) и сепаратором (7).

В подогревателе (6) жидкость нагревается до температуры 156-160 оС паром давлением 0,9 МПа. В сепараторе (7) давление такое же как и в ректификационной колонне, а температура около 160 оС. Газо-жидкостная смесь входит в сепаратор тангенциально (под углом 35-45 градусов)

Газ из сепаратора поступает в нижнюю часть ректификационной колонны (5), где отдает тепло встречному потоку жидкости.

Из ректификационной колонны газ направляется в промывную колонну (8), в которой получают концентрированный раствор аммонийных солей и чистый газообразный аммиак

Раствор карбамида, еще содержащий карбамат аммония и свободный аммиак, после сепаратора первой ступени (7) дросселируется через дроссельный вентиль (9) до 0,3 МПа и проходит ректификационную колонну второй ступени (10).

Схема работы и устройство этой колонны такие же, как и у колонны первой ступени. В подогревателе второй ступени (11) раствор нагревается до 135-143 оС. Газ после ректификационной колонны охлаждается водой и конденсируется в конденсаторах первой и второй ступени (15, 16), после чего образовавшийся раствор аммонийных солей обрабатывается в промывной колонне (8).

Производство карбамида

Паро-газовая смесь вводится в конденсатор (16) снизу и барботируется при 40 оС через слой жидкости, абсорбирующе аммиак и двуокись углерода. Раствор солей выходит через верхний штуцер

Раствор, выходящий из сепаратора второй ступени (12) под давлением около 0,2 МПа, содержит 70 % карбамида.

После дросселирования (13) этот раствор концентрируется до 74 % карбамида в вакуум-испарителе (14) при давлении 40 КПа. Концентрированный раствор карбамида поступает далее на выпаривание, кристаллизацию и гранулирование

Газ из ректификационной колонны первой ступени (5) и раствор аммиачных солей, полученный в результате конденсации газа (15, 16) после ректификационной колонны второй ступени поступают в промывную колонну (8). Здесь при температуре 95 оС поглащается основное количество (до 90 %) двуокиси углерода, а остольная часть абсорбируется в верхней части промывной колонны (8), где поддерживается температура около 45 оС.

Давление в колонне 2-2,5 МПа

Концентрированный раствор аммонийных солей при температуре 98-100 оС проходит плунжерный насос (17), где сжимается до давления около 20 МПа и направляется в смеситель колонны синтеза (2)

Газообразный аммиак, очищенный от СО2 и содержащий инертные газы, из промывной колонны (8) направляется в конденсатор аммиака (18).

Большая часть сжиженного аммиака после конденсатора поступает на орошение промывной колонны (8), а остальной жидкий аммиак собирается в буферном танке, откуда через холодильник (19) возвращается в аммиачный танк и используется в процессе синтеза карбамида

Карбамид, или мочевина, является полным амидом карбаминовой кислоты. Как химическое соединение карбамид был открыт в 1773г. И.

Руэллем.

Чистый карбамид представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, не имеющее запаха, кристаллы которого имеют форму длинных игл или ромбических призм. Выпускаемый промышленностью продукт может быть слабо окрашен в желтоватый или розоватый цвет, что объясняется присутствием примесей, в частности солей железа.

Чистый карбамид содержит 46.6% азота.

Карбамид хорошо растворяется в воде, спирте, и аммиаке.

С повышением температуры растворимость карбамида в воде увеличивается. Выше 1200С в водном растворе карбамид разлагается на аммиак и диоксид углерода.

Карбамид обладает свойствами слабого основания. Растворимость карбамида в жидком аммиаке очень велика. При температуре ниже 460С карбамид образует с жидким аммиаком комплексное соединение СО(NН2)2*NН3 (22.1% N).

При нагревании водных растворов карбамида выше 800С происходит его интенсивный гидролиз и карбамид превращается в карбамат аммония

СО(NН2)2 +Н2О « NН2 –СО –ОNН4, (2.4.1)

который в свою очередь далее разлагается на аммиак и диоксид углерода

NН2 –СО – ОNН4 « 2NН3 +СО2 (2.4.2)

При более низких температурах гидролиз карбамида протекает с незначительной скоростью.

В случае нагревания водных растворов карбамида, одновременно с гидролизом происходит термическое разложение карбамида с образованием биурета и выделением аммиака

2Н2N – СО – NН2 ®Н2N-СО — NН – СО – NН2 + NН3 (2.4.3)

С формальдегидом карбамид взаимодействует, давая разнообразные высокомолекулярные соединения. Путем поликонденсации карбамида с формальдегидом в кислой среде получают специфические азотные удобрения, медленно отдающие азот.

Они относятся к концентрированным азотным удобрениям, т.к. содержат до 40% азота.

В н.в. выпускается два сорта карбамида: кристаллический и гранулированный.

Кристаллический карбамид, в основном, предназначен для технических нужд, гранулированный используется главным образом как удобрение и азотсодержащая добавка к кормам жвачных животных.

Применение

Карбамид (мочевина) среди азотных удоб­рений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры.

Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большей устойчиво­стью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобре­ниями, т.е.

менее подвержен вымыванию из почвы.

Карбамид, содержащий до 46.5% азота, является концентрированным безбалластным удобрением. Азот карбамида легко усваивается растениями. Как удобрение карбамид имеет преимущества перед нитратом аммония – он не взрывоопасен, менее гигроско­пичен и не так сильно слеживается. Гигроскопическая точка карбамида при 200С равна 80%.

Однако, стоимость азота в карбамиде несколько больше его стоимости в нитрате аммония.

В почве карбамид под действием влаги сначала превращается в карбонат аммония, оказывающий нейтрализующее действие на кислую почву. Но далее ион аммония нитрифицируется, что приводит к подкислению почвы. Поэтому карбамид следует отнести к удобрениям с небольшой физиологической кислотностью.

Вредной примесью в карбамиде является биурет. Если его содержание больше 0.25%, то при внекорневой подкормке растений раствором карбамида возможен ожог листьев.

Карбамид, кроме того, ши­роко используется для получения сложных удобрений, удобрений с ре­гулируемым сроком действия.

Карбамид применяют для подкормки жвачных животных.

Его добавляют к кормам, содержащим много углеводов и мало белков.

В промышленности карбамид применяют для приготовления лаков, искусственных смол, пластических масс, клеев, фармацевтических препаратов. Большие количества карбамида используют в производстве карбамидоформальдегидных полимеров, из него получают меламин, применяемый для производства меламиноформальдегидных смол.

Сырье

Дата публикования: 2014-10-16; Прочитано: 1922 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *