5.3. Производство карбамида

Карбамид CO(NH₂)₂ (мочевина) - кристаллическое вещество, со­держит 46,7  азота в амидной форме. Хорошо растворимо в воде и является наиболее ценным азотным удобрением, легко усваивается растениями. Его применяют также как азотистую добавку в корм скоту.

Карбамид широко используется в промышленности для получения синтетических смол и пластических масс.

Сырьем для производства карбамида служит жидкий аммиак и газообразный диоксид углерода, поступающий с аммиачного производства. В них содержатся примеси водорода, азота, инертных газов.

Синтез карбамида проводится в гетерогенной газожидкостной трехкомпонентной системе NH₃-CO₂-H₂O и представляет собой сложный процесс, включающий химические реакции:

2NH_3г+CO_2гH₂NCOONH_4ж+125,6 кДж

H₂NCOONH_{4 ж}CO(NH₂)_2ж+H₂O_ж-15,5 кДж

и межфазные переходы:

NH_3г NH_3ж+13 кДж/моль

H₂O_г H₂O_ж+70,7 кДж/моль.

Поскольку реакция образования CO(NH₂)₂ идет с уменьшением чис­ла молей компонентов и с поглощением тепла, повышение давления и температуры увеличивает выход продукта. Синтез карбамида ведут при 180–200 °С, давлении 18–20 МПа и 100 -ном избытке NH₃ против стехиометрии. Но и в этих условиях степень превращения аммиака и диоксида углерода составляет 60–70 . Поэтому экономические показатели производства карбамида будут в решающей степени определяться тем, как будут использовать­ся непрореагировавшие NH₃ и CO₂. Известны как разомкнутые (открытые) технологические схемы, в которых непрореагировавшие исходные ве­щества используются для производства других побочных продуктов, так и циклические (закрытые) схемы, в которых оставшиеся CO₂ и NH₃ вы­деляются из реакционной смеси и возвращаются в процесс. Циклические схемы в настоящее время являются наиболее перспективными. Их различают по фазовому состоянию циркуляционных потоков. Если NH₃ и CO₂ выделяются в газовую фазу и возвращаются в виде газовых потоков, то схемы носят название технологических схем с газовым рециклом. В другом случае аммиак и углекислота возвращаются в составе раст­вора углеаммонийных солей (жидкостный рецикл). Схемы с жидкостным рециклом более экономичны. Упрощенное опи­сание одной из таких схем дается ниже (рис.5).

Диоксид углерода, сжатый в компрессоре до 20 МПа, жидкий аммиак насосом высокого давления и циркуляционный поток раствора углеаммонийных солей подаются в смеситель и далее в колонну синтеза. Колонна синтеза представляет собой полый аппарат, работаю­щий в режиме вытеснения. Из верхней части колонны выводится парожидкостная смесь и передается на разделение. После снижения давле­ния до 1,6–2,0 МПа поток поступает в ректификационную колонну, где происходит отделение избыточного аммиака, который возвращается в цикл. Плав, содержащий карбамид и карбомат аммония передается в подогреватель, где при 170 °С разлагается непрореагировавший карбомат на CO₂ и NH₃.

Газожидкостная смесь разделяется в се­параторе, газовая фаза возвращается в рефтификационную колонну, а жидкая фаза (плав карбамида) поступает на упаривание в вакуум-выпарном аппарате и далее на гранулирование в грануляционной башне. Паро­газовая смесь, содержащая аммиак, уг­лекислый газ и воду, из ректификационной колонны подается в промывную колонну,

38

Рис. 5. Принципиальная технологическая схема производства карбамида с жидкостным рециклом:

1 – компрессор СО2; 2 – танк жидкого NH3; 3, 7 – плунжерные насосы; 4 – конденсатор; 5 – смеситель; 6 – колонна синтеза; 8 – промывная колонна; 9 – ректификационная колонна; 10, 12 – подогреватели; 11 – сепаратор; 13 – выпарной аппарат; 14 – грануляционная башня

в которой весь диоксид углерода связывается в виде раствора углеаммонийных солей, а избыточный аммиак остается в газовой фазе. Раствор углеаммоний­ных солей насосом высокого давления передается в смеситель.

Гранулированный продукт, содержащий 99,8  CO(NH₂)₂ пакуется в меш­ки и отправляется на склад.