Установка компримирования диоксида углерода в производстве карбамида

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА КОМПРИМИРОВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В ПРОИЗВОДСТВЕ КАРБАМИДА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Борисов Михаил Константинович Тарновецкий Анатолий Васильевич Пугач Федор Владимирович Барсань Иван Владимирович Плахтинский Андрей Андреевич Лакомкин Александр Андреевич Кротов Максим Викторович Денисов Виктор Васильевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка компримирования диоксида углерода в производстве карбамида, содержащая линию диоксида углерода, подключенную к источнику выдачи влажного диоксида углерода и к потребителю компримированного диоксида углерода, на которой установлены сепаратор для отделения образовавшегося конденсата, компрессор, отличающаяся тем,что перед сепаратором установлен кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор,подключенный к линиям ввода и вывода жидкофазного хладагента и к линии вывода конденсата. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор установлен горизонтально с наклоном по ходу движения в нем диоксида углерода и в своей нижней зоне подключен к линии вывода конденсата, а внутри него над нижней зоной размещен сепарационный элемент. 3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что линии ввода и вывода хладагента подключены к источнику оборотной воды.(56) 1. Чудиновских А.В. Технология производства карбамида по стриппинг-процессу Стамикарбон. - М., 1985. - С. 12-17. 80752012.04.30 Полезная модель относится к установкам химической технологии и может применяться для подготовки сырьевых технологических газов перед их компримированием в химической и нефтехимической промышленности, например при осуществлении процесса осушки влажного диоксида углерода в производстве карбамида перед синтезом. Прототипом полезной модели выбрана установка компримирования диоксида углерода в производстве карбамида, содержащая линию диоксида углерода, подключенную к источнику выдачи влажного диоксида углерода и к потребителю компримированного диоксида углерода, на которой установлены сепаратор для отделения образовавшегося конденсата, компрессор 1. Основным недостатком известной установки является пониженная производительность по компримированному диоксиду углерода из-за высокого содержания в нем влаги. Содержание влаги в паровой фазе определяется парожидкостным равновесием и зависит от температуры газа. Высокое содержание влаги обусловлено высокой температурой парогазового потока, поступающего в компрессор, причем как в теплое время года, так и в холодное время года из источника влажного диоксида углерода - аммиачного производства. Влажный диоксид углерода выдается из источника после прохождения в нем через аппараты воздушного охлаждения. При этом в теплое время года высокая температура газа обусловлена высокой температурой охлаждающего воздуха, поступающего в аппарат воздушного охлаждения. В холодное время года в условиях отрицательной температуры окружающей среды при работе аппарата воздушного охлаждения происходит замерзание конденсата внутри трубок, что приводит к их аварийному разрыву. Поэтому для обеспечения эксплуатационной безопасности оборудования в зимнее время аппарат воздушного охлаждения в производстве аммиака (источник влажного диоксида углерода) работает в режиме естественной конвекции, а не принудительной конвекции (теплое время года), т.е. с отключенным электродвигателем. Это приводит к тому, что в зимнее время года температура диоксида углерода, поступающего из аммиачного производства на компримирование в производство карбамида, находится даже на более высоком значении, чем в теплое время года. При этом отсутствие в установке элементов, улавливающих мелкодисперсные твердые частицы (например, продукты коррозии линии диоксида углерода), обуславливает их проскок в компрессор, что приводит к повреждению его внутренних устройств и сокращению межремонтного пробега. Это также снижает производительность установки. Снижение производительности установки компримирования диоксида углерода ограничивает выпуск высокорентабельного продукта - карбамида, что снижает экономические показатели производства. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - повышение производительности установки компримирования диоксида углерода и, следовательно, производства карбамида за счет более глубокого охлаждения и очистки входного диоксида углерода. Поставленная задача решается в установке компримирования диоксида углерода в производстве карбамида, содержащей линию диоксида углерода, подключенную к источнику выдачи влажного диоксида углерода и к потребителю компримированного диоксида углерода, на которой установлены сепаратор для отделения образовавшегося конденсата,компрессор, в которой, согласно полезной модели, перед сепаратором установлен кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор, подключенный к линиям ввода и вывода жидкофазного хладагента. Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор установлен горизонтально с наклоном по ходу движения в нем диоксида углерода и в своей нижней зоне подключен к линии вывода конденсата, а внутри него над нижней зоной размещен сепарационный элемент. Линии ввода и вывода хладагента подключены к источнику оборотной воды. Существенность отличий полезной модели заключается в следующем. 2 80752012.04.30 После аппарата воздушного охлаждения перед сепаратором установлен кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор. Такое решение обеспечивает технологическую многофункциональность (конденсатор и сепаратор, причем сепаратор не только капельной влаги, но и мелкодисперсных твердых частиц), реализуемую в одном аппарате,что является новым технологическим эффектом. Так имеет место дополнительное более глубокое охлаждение парогазовой смеси, причем в круглогодичное время работы установки, что снижает равновесное содержание влаги в диоксиде углерода перед его компримированием и, следовательно, повышает производительность установки. При этом снижается нагрузка на существующий сепаратор в условиях возрастания общего количества сконденсированной влаги в установке, что позволяет использовать существующий сепаратор без необходимости его реконструкции и, тем самым, повысить экономичность установки. Одновременно осуществляется очистка газа от твердых мелкодисперсных частиц (продукты коррозии газопровода), что исключает их попадание в компрессор и увеличивает его межремонтный пробег и, следовательно, повышает производительность установки. Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор подключен к линиям ввода и вывода жидкофазного хладагента. Такое решение позволяет снизить материалоемкость холодильника-конденсатора-сепаратора за счет высокого коэффициента теплоотдачи со стороны жидкого хладагента, что снижает затраты установки. Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор установлен горизонтально с наклоном по ходу движения в нем диоксида углерода. Это обеспечивает эффективный непрерывный и надежный гравитационный отвод образовавшегося конденсата без образования каких-либо затопленных зон внутри аппарата, что исключает понижение давления газа перед компрессором и повышает производительность установки. В своей нижней зоне кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор подключен к линии вывода конденсата. Такое решение обеспечивает полный отвод образовавшегося конденсата и диспергированных в нем твердых мелкодисперсных частиц из аппарата и обеспечивает его работоспособность. Внутри кожухотрубчатого холодильника-конденсатора-сепаратора над нижней зоной размещен сепарационный элемент. Такое решение обеспечивает эффективное отделение от диоксида углерода как конденсата, так и мелкодисперсных твердых частиц, т.е. без вторичного уноса, что обеспечивает работоспособность в условиях повышения производительности установки по диоксиду углерода. Линии ввода и вывода хладагента подключены к источнику оборотной воды. Такое решение существенно упрощает, ускоряет и удешевляет практическую реализацию новой установки, так как оборотная вода является доступным ресурсом производства карбамида. Сущность полезной модели поясняется чертежом, схема установки. Установка компримирования диоксида углерода в производстве карбамида содержит линию 1 диоксида углерода, подключенную к источнику 2 выдачи влажного диоксида углерода и к потребителю 3 компримированного диоксида углерода. В качестве источника 2 используется производство аммиака - стадия очистки конвертированного газа и регенерации абсорбента. В качестве потребителя 3 используется колонна синтеза карбамида в производстве карбамида. На линии 1 кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор 4,сепаратор 5 и компрессор 6. Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор 4 подключен к линиям ввода 7 и вывода 8 жидкофазного хладагента. Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор-сепаратор 4 установлен горизонтально с наклоном по ходу движения в нем диоксида углерода и в своей нижней зоне подключен к линии 9 вывода конденсата. В пространстве аппарата 4 над зоной подключения к линии 9 может быть размещен сепарационный элемент 10, например, в виде насадки (сетчатой или кольцевой) или в виде набора ориентированных пластин. Линии ввода 7 и вывода 8 жидкофазного хладагента подключены к источнику оборотной воды 11. 3 80752012.04.30 Установка компримирования диоксида углерода в производстве карбамида работает следующим образом. Диоксид углерода, насыщенный парами воды, из источника 2 подается в линию 1 в количестве около 20000 нм 3/ч с температурой около 40 С в летнее время и около 50 С в зимнее время. Линия 1 охлаждается путем свободно-конвективного теплообмена с окружающей средой. При охлаждении влажного диоксида углерода в линии 1 происходит конденсация из него паров воды по условию термодинамического равновесия с образованием двухфазной газожидкостной смеси. Применение воздуха в качестве хладагента не позволяет достичь глубокой конденсации из-за низкого коэффициента теплоотдачи с его стороны. При этом в летнее время конденсация влаги из газа неглубокая также из-за высокой температуры окружающей среды, что создает низкий температурный напор, являющийся движущей силой теплопередачи. В зимнее время конденсация влаги из газа также неглубокая из-за повышенной начальной температуры влажного диоксида углерода. Двухфазная газожидкостная смесь с мелкодисперсными твердыми частицами (продуктами внутренней коррозии линии 1) поступает в кожухотрубчатый холодильник-конденсаторсепаратор 4, в котором происходит интенсивное охлаждение насыщенного влагой диоксида углерода практически до входной температуры хладагента (25 С) за счет использования жидкофазного хладагента (оборотной воды), обладающего высоким коэффициентом теплоотдачи. Это сопровождается выпадением конденсата на стенках внутри труб аппарата 4, и происходит более глубокая осушка диоксида углерода от влаги. Жидкофазный хладагент поступает в установку по линии 7 от источника 11, нагревается до температуры 38 С и выводится из установки по линии 8 обратно в источник 11. За счет наклонной установки кожухотрубчатого холодильника-конденсатора-сепаратора 4 происходит смывание жидкостной пленки конденсата потоком газа, что предотвращает захлебывание и обеспечивает высокую производительность работы. Газожидкостная смесь с мелкодисперсными твердыми частицами выходит из теплообменной зоны кожухотрубчатого холодильника-конденсатора-сепаратора 4 и натекает на сепарационный элемент 10 в виде сетки, где происходит торможение газа, сопровождающееся инерционным осаждением конденсата и мелкодисперсных твердых частиц на сепарационном элементе 10. Осажденный конденсат за счет гравитационных сил стекает по поверхности сепарационного элемента 10, непрерывно смывая осажденные мелкодисперсные твердые частицы, и собирается в нижней части аппарата 4. Отсюда загрязненный конденсат по линии 9 непрерывно выводится в количестве около 1,2 м 3/ч. Диоксид углерода, освобожденный от конденсата и твердых мелкодисперсных частиц, выходит из кожухотрубчатого холодильника-конденсатора-сепаратора 4 и проходит по линии 1, где дополнительно охлаждается(в зимнее время) за счет конвективного теплообмена линии 1 с окружающей средой. Это приводит к выпадению конденсата и образованию двухфазной газожидкостной смеси. Двухфазная смесь поступает в сепаратор 5, где происходит отделение капельной влаги. Освобожденный от конденсата и твердых мелкодисперсных частиц осушенный диоксид углерода из сепаратора 5 поступает в линию 1 и из нее в компрессор 6, в котором сжимается и выдается по линии 1 потребителю 3 (колонна синтеза карбамида). Использование полезной модели в производстве карбамида обеспечивает снижение температуры диоксида углерода на входе в компрессор на 15-25 С, что обеспечивает прирост производительности компрессора на 3 в условиях сохранения величины потребляемой мощности компрессора и обеспечения регламентированного межремонтного пробега компрессора. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4