Установка термической очистки технологического конденсата в производстве аммиака

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТА В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Иванов Геннадий Борисович Сурус Леонид Иванович Кротов Максим Викторович Тутов Владимир Леонидович Лакомкин Александр Андреевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка термической очистки технологического конденсата в производстве аммиака, содержащая ректификационную колонну с массообменной насадкой, подключенную к линии ввода загрязненного технологического конденсата, к линии подачи флегмы,к линии вывода очищенного технологического конденсата и к линии парогазовой смеси,снабженную в нижней части контуром циркуляции технологического конденсата с установленным на нем кожухотрубным испарителем, подключенным к линии ввода греющего теплоносителя и к линии вывода отработанного теплоносителя, линия парогазовой фазы подключена последовательно к фракционному конденсатору, сепаратору, дросселирующему клапану и печи сжигания, сепаратор подключен к линии подачи флегмы, отличающаяся тем, что ректификационная колонна снабжена дополнительным контуром циркуляции технологического конденсата, фракционный конденсатор выполнен в виде рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, содержащего трубное и межтрубное пространство,подключенного трубным пространством к контуру циркуляции технологического конденсата, а на линии парогазовой фазы перед фракционным конденсатором установлен механический компрессор. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на линии подачи флегмы установлен дросселирующий клапан.(56) 1. Демиденко И.М., Янковский Н.А., Степанов В.А. и др. Аммиак. Вопросы технологии / Под общей ред. Н.А.Янковского. - Горловка Концерн Стирол, 2001. - С. 25-26 (прототип). Полезная модель относится к аппаратурно-технологическим системам термической очистки жидких сред от растворенных газов и может применяться в производстве минеральных удобрений, например в производстве аммиака для очистки технологического (в частности, газового) конденсата от растворенных газов (аммиак, диоксид углерода, органические соединения). Прототипом полезной модели выбрана установка термической очистки технологического конденсата в производстве аммиака, содержащая ректификационную колонну с массообменной насадкой, подключенную к линии ввода загрязненного технологического конденсата, к линии подачи флегмы, к линии вывода очищенного технологического конденсата и к линии парогазовой смеси, снабженную в нижней части контуром циркуляции технологического конденсата с установленным на нем кожухотрубным испарителем, подключенным к линии ввода греющего теплоносителя и к линии вывода отработанного теплоносителя, линия парогазовой фазы подключена последовательно к фракционному конденсатору, сепаратору, дросселирующему клапану и печи сжигания, сепаратор подключен к линии подачи флегмы 1. Основными недостатками известной установки являются недостаточная экономичность и снижение производительности, особенно в летний и зимний периоды работы. Недостаточная экономичность обусловлена тем, что в условиях высокой стоимости тепловой энергии для работы испарителя в качестве греющего теплоносителя используется водяной пар давлением более 3,5 ати в значительном количестве (около 10 т/ч). Также недостаточная экономичность обусловлена тем, что тепло вторичного пара из ректификационной колонны не утилизируется, а рассеивается в окружающую среду во фракционном конденсаторе, выполненном в виде аппарата воздушного охлаждения. Недостаточная производительность известной установки в летний и зимний периоды работы обусловлена выполнением фракционного конденсатора в виде аппарата воздушного охлаждения. Поэтому в летний период работы из-за высокой температуры окружающей среды снижается температурный напор (движущая сила теплопередачи) во фракционном конденсаторе, что не обеспечивает требуемой конденсации парогазовой смеси и вызывает необходимость снижения нагрузки. В зимний период работы из-за отрицательных температур окружающей среды происходит частичное обмерзание конденсата внутри теплообменных трубок, что снижает коэффициент теплопередачи и приводит к снижению тепловой нагрузки фракционного конденсатора и, соответственно, всей установки. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - повышение экономичности и производительности установки за счет утилизации тепла вторичного пара и повышения эффективности работы фракционного конденсатора. Поставленная задача решается в установке термической очистки технологического конденсата в производстве аммиака, содержащей ректификационную колонну с массообменной насадкой, подключенную к линии ввода загрязненного технологического конденсата, к линии подачи флегмы, к линии вывода очищенного технологического конденсата и к линии парогазовой смеси, снабженную в нижней части контуром циркуляции технологического конденсата с установленным на нем кожухотрубным испарителем, подключенным к линии ввода греющего теплоносителя и к линии вывода отработанного теплоносителя,линия парогазовой фазы подключена последовательно к фракционному конденсатору, сепаратору, дросселирующему клапану и печи сжигания, сепаратор подключен к линии подачи флегмы, в которой, согласно полезной модели, ректификационная колонна снабжена дополнительным контуром циркуляции технологического конденсата, фракционный 2 95322013.10.30 конденсатор выполнен в виде рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, содержащего трубное и межтрубное пространство, подключенного трубным пространством к контуру циркуляции технологического конденсата, а на линии парогазовой фазы перед фракционным конденсатором установлен механический компрессор. На линии подачи флегмы установлен дросселирующий клапан. Существенность отличий полезной модели заключается в следующем. Ректификационная колонна снабжена дополнительным контуром циркуляции технологического конденсата, фракционный конденсатор выполнен в виде рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, содержащего трубное и межтрубное пространство,подключенного трубным пространством к контуру циркуляции технологического конденсата. Такое решение создания нового контура циркуляции технологического конденсата с установкой на нем рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника обеспечивает принципиальную возможность применения для его обогрева теплоносителя другого типа. Это позволяет использовать, например, дешевые вторичные энергоресурсы и сократить потребление пара в основной испаритель. При этом сам фракционный конденсатор, сохраняя известную функцию (образование флегмы и обогащение парогазовой смеси загрязнениями), выполняет в установке новую функцию он выпаривает циркуляционный конденсат,т.е. осуществляет основной технологический процесс в установке, что отсутствует в прототипе и свидетельствует о соответствии технического решения критерию новизна. Выполнение фракционным конденсатором новой функции при одновременном сохранении существующей функции свидетельствует о соответствии критерию неочевидность. На линии парогазовой фазы перед фракционным конденсатором установлен механический компрессор. Такое решение обеспечивает повышение давления сбросного вторичного пара, выходящего из ректификационной колонны, что делает возможным его применение в качестве теплоносителя для обогрева дополнительного контура циркуляции технологического конденсата. Это позволяет существенно снизить потребление греющего пара в основной контур циркуляции (около 60 ), что существенно повышает экономичность установки. Энергетические затраты на необходимое сжатие вторичного пара из ректификационной колонны существенно ниже выгоды от использования его тепла. Коэффициент преобразования (отношение количества полученной теплоты к затраченной работе) - около 16 (эффективными считаются установки с коэффициентом преобразования более 2). На линии подачи флегмы установлен дросселирующий клапан. Такое решение обеспечивает эксплуатационную надежность работы установки за счет исключения повышения давления в колонне от воздействия рабочей среды. Таким образом, использование известного метода (сжатие вторичного пара механическим компрессором) в заявленном решении обеспечивает в нем появление нового функционального свойства используемого оборудования (фракционного конденсатора) при одновременном сохранении существующей функции, что свидетельствует о наличии в заявляемом решении существенных отличий и соответствии технического решения критериям полезной модели. Сущность полезной модели поясняется фигурой - схема установки. Установка термической очистки технологического конденсата в производстве аммиака содержит ректификационную колонну 1 с массообменной насадкой 2, подключенную к линии 3 ввода загрязненного технологического конденсата и к линии 4 вывода очищенного технологического конденсата. Ректификационная колонна 1 снабжена в нижней части контуром циркуляции 5 технологического конденсата с установленным на нем кожухотрубчатым испарителем 6, подключенным к линии 7 ввода греющего теплоносителя и к линии 8 вывода отработанного теплоносителя. В качестве греющего теплоносителя используется водяной пара давлением 3,5 ати. Ректификационная колонна 1 снабжена в нижней части дополнительным контуром циркуляции 9 технологического конденсата с установленным на нем фракционным конденсатором 10 в виде кожухотрубчатого испари 3 95322013.10.30 теля. Верхняя часть колонны 1 посредством линии 11 парогазовой фазы, на которой установлен механический компрессор 12, подключена к межтрубному пространству фракционного конденсатора 10 и далее к сепаратору 13. Сепаратор 13 подключен линией 14 подачи флегмы, на которой установлен дросселирующий клапан 15, к ректификационной колонне 1 в зоне над массообменной насадкой 2, а линией 11 парогазовой фазы к дросселирующему клапану 16 и печи сжигания 17. Установка термической очистки технологического конденсата в производстве аммиака работает следующим образом. Загрязненный технологический конденсат, содержащий растворенные примеси (аммиак, метанол, диоксид углерода), поступает по линии 3 в ректификационную колонну 1 и стекает по поверхности массообменной насадки 2, где контактирует с восходящим потоком водяного пара. В результате происходит выделение растворенных газов из конденсата и переход их в паровую фазу с образованием газопаровой смеси. Частично очищенный конденсат стекает в нижнюю часть колонны, где поступает в контуры циркуляции 5 и 9, проходит через кожухотрубчатый испаритель 6 и фракционный конденсатор 10, где происходит частичное вскипание конденсата, что сдвигает парожидкостное равновесие и обеспечивает полный переход растворенных примесей в паровую фазу. Газопарожидкостная смесь выходит из циркуляционного контура 5 в колонну 1 под массообменной насадкой 2 и сепарируется. При этом жидкая фаза, представляющая очищенный технологический конденсат, выводится из колонны 1 по линии 4 на утилизацию тепла (например, для подогрева входного технологического конденсата) и затем выдается потребителям, а парогазовая фаза образует восходящий поток, который проходит через массообменную насадку 2 и выводится из верхней части колонны по линии 11. Далее парогазовый поток по линии 11 поступает в компрессор 12 и сжимается от давления 2,5 ата до 4 ата. При этом температура парогазовой смеси возрастает с 127 до 164 С. Далее сжатая парогазовая смесь поступает по линии 11 в межтрубное пространство фракционного конденсатора 10, где происходит частичная (фракционная) конденсация из парогазовой смеси конденсируется преимущественно водяной пар, а газообразные примеси (аммиак, метанол, диоксид углерода) преимущественно остаются в паровой фазе. Тепло конденсации парогазовой смеси используется для выпаривания примесей из технологического конденсата в дополнительном контуре циркуляции 9 технологического конденсата. Далее по линии 11 отработанная парожидкостная смесь поступает в сепаратор 13,где происходит разделение жидкой и парогазовой фаз. Жидкая фаза по линии 14 подачи флегмы проходит через дросселирующий клапан 15, при этом незначительная часть жидкости вскипает, вызывая понижение температуры смеси, и поступает в ректификационную колонну 1 над массообменной насадкой 2. Жидкая фаза распределяется по массообменной насадке 2 в виде флегмы, а паровая фаза смешивается с восходящим парогазовым потоком и в его составе выходит из колонны 1. Из сепаратора 13 парогазовая фаза по линии 11 проходит через дросселирующий клапан 16 и направляется для обезвреживания содержащихся в ней газообразных примесей в печь 17. Использование полезной модели позволяет снизить энергопотребление в установке за счет утилизации тепла сбросной парогазовой смеси на 63 . Повышение производительности обеспечивается за счет исключения парциального конденсатора (аппарата воздушного охлаждения) и составляет за год свыше 26 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4