Способ термической очистки сточных вод производства карбамида

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА КАРБАМИДА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Сиротин Андрей Вячеславович Тарновецкий Анатолий Васильевич Покачайло Иван Тадеушевич Бобров Виктор Васильевич Лакомкин Александр Андреевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(56) ГОРЛОВСКИЙ Д.М. и др. Технология карбамида. - Л. Химия, 1981. - С. 230232.3731 1, 2000. ПРОСКУРЯКОВ В.А. и др. Очистка сточных вод в химической промышленности. - Л. Химия, 1977. - С. 340343, 144-150.4308385, 1981.417829 1, 1991.53410 1, 1982.59516 1, 1982.186891, 1966.2160710 1, 2000.2160711 1, 2000.(57) 1. Способ термической очистки сточных вод производства карбамида, заключающийся в том, что загрязненные сточные воды предварительно нагревают до температуры десорбции, подают в ректификационную колонну, где очищают от аммиака десорбцией при контактном взаимодействии сточных вод с парогазовой смесью, нагревают сточные воды до температуры гидролиза содержащегося в них карбамида и подают в гидролизер, по окончании гидролиза сточные воды дросселируют и образовавшуюся двухфазную смесь 13415 1 2010.08.30 сепарируют в десорбере с получением очищенных сточных вод и парогазовой смеси, которую подают в ректификационную колонну для десорбции аммиака из загрязненных сточных вод, а затем направляют в рекуперативный конденсатор для нагрева загрязненных сточных вод перед десорбцией, частично сконденсированную в рекуперативном конденсаторе парогазовую смесь направляют в абсорбер. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный нагрев загрязненных сточных вод осуществляют в рекуперативном подогревателе теплом очищенных сточных вод, а затем в рекуперативном конденсаторе. Изобретение относится к процессам термической очистки промышленных сточных вод, загрязненных химическими компонентами, и может быть использовано в производстве минеральных удобрений, в частности карбамида, на стадии очистки сточных вод, загрязненных преимущественно аммиаком и карбамидом, перед выдачей на стадию биологической очистки. Известен способ термической очистки сточных вод производства карбамида, заключающийся в том, что загрязненные сточные воды предварительно нагревают до температуры десорбции, подают в ректификационную колонну, где очищают от аммиака десорбцией при контактном взаимодействии сточных вод с парогазовой смесью, нагревают сточные воды до температуры гидролиза содержащегося в них карбамида и подают в гидролизер,по окончании гидролиза сточные воды дросселируют и образовавшуюся двухфазную смесь сепарируют в десорбере с получением очищенных сточных вод и парогазовой смеси 1. Недостатком известного способа является повышенное энергопотребление. Повышенное энергопотребление обусловлено, например, отсутствием процессов утилизации тепла отходящих технологических потоков, которое отводится оборотной водой и рассеивается в окружающую среду. Также повышенное энергопотребление обусловлено тем, что частично сконденсированную парогазовую смесь, полученную в рекуперативном конденсаторе, возвращают обратно в ректификационную колонну, что вызывает дополнительное потребление греющего агента (пара) в рекуперативный кипятильник колонны для испарения частично сконденсированной парогазовой смеси. Сепарация паро-газожидкостной смеси после гидролиза осуществляется с подачей отсепарированной парогазовой смеси в нижнюю зону десорбера, что обусловливает нежелательный контакт очищенных сточных вод с загрязненной парогазовой смесью. Это приводит к загрязнению уже очищенных сточных вод и требует существенного увеличения подачи греющего агента (пара) в рекуперативный кипятильник десорбера для обеспечения требуемой чистоты сточных вод на выходе из десорбера. Задача, на решение которой направлено изобретение - снижение энергопотребления процесса термической очистки сточных вод производства карбамида за счет утилизации тепла отходящих технологических потоков. Эта задача решается в способе термической очистки сточных вод производства карбамида, заключающемся в том, что загрязненные сточные воды предварительно нагревают до температуры десорбции, подают в ректификационную колонну, где очищают от аммиака десорбцией при контактном взаимодействии сточных вод с парогазовой смесью,нагревают сточные воды до температуры гидролиза содержащегося в них карбамида и подают в гидролизер. По окончании гидролиза сточные воды дросселируют и образовавшуюся двухфазную смесь сепарируют в десорбере с получением очищенных сточных вод и парогазовой смеси, которую подают в ректификационную колонну для десорбции аммиака из загрязненных сточных вод перед десорбцией, частично сконденсированную в рекуперативном конденсаторе парогазовую смесь направляют в абсорбер. Предварительный нагрев загрязненных сточных вод осуществляют в рекуперативном подогревателе теплом очищенных сточных вод, а затем в рекуперативном конденсаторе. 2 13415 1 2010.08.30 Существенность отличительных признаков изобретения состоит в следующем. Парогазовую смесь, полученную в процессе дросселирования сточных вод по окончании гидролиза, подают в ректификационную колонну для десорбции аммиака из загрязненных сточных вод перед десорбцией. Такое решение обеспечивает полезное использование тепла отходящей парогазовой смеси, что позволяет заменить частично (или полностью) парогазовую смесь, вырабатываемую кипятильником ректификационной колонны, и снизить в нем потребление греющего агента (пара). Сепарацию парогазовой смеси после гидролизера проводят в десорбере. Такое решение исключает контакт очищенных сточных вод с загрязненной парогазовой смесью. Это снижает подачу необходимого количества греющего агента (пара) в рекуперативный кипятильник десорбера для обеспечения требуемой чистоты сточных вод на выходе. Частично сконденсированную в рекуперативном конденсаторе парогазовую смесь направляют в абсорбер. Такое решение исключает возврат конденсата в ректификационную колонну, что переводит ее работу в режим процесса десорбции. Так как в этом случае отсутствует процесс испарения конденсата, то снижается потребление греющего агента(пара) в кипятильнике ректификационной колонны. Предварительный нагрев загрязненных сточных вод осуществляют в рекуперативном подогревателе теплом очищенных сточных вод, а затем в рекуперативном конденсаторе. Такое решение обеспечивает утилизацию тепла отходящих очищенных сточных вод в рекуперативном подогревателе на величину тепла нагрева сточных вод от начальной температуры до температуры их выхода из рекуперативного подогревателя. Также обеспечивается утилизация тепла парогазовой смеси в рекуперативном конденсаторе на величину полученного конденсата из парогазовой смеси. Утилизация тепла потоков очищенных сточных и парогазовой смеси снижает потребление греющего агента (пара) в кипятильнике ректификационной колонны. Сущность способа поясняется чертежом, схема термической очистки сточных вод производства карбамида с утилизацией тепла отходящих технологических потоков. Схема для реализации способа термической очистки сточных вод в производстве карбамида содержит ректификационную колонну 1, кипятильник 2, насос 3, кипятильник 4,гидролизер 5, десорбер 6, кипятильник 7, абсорбер 8, рекуперативный подогреватель 9,рекуперативный конденсатор 10. Ректификационная колонна 1, десорбер 6 и абсорбер 8 имеют зону контактного массообмена, которая может быть в виде насадки (регулярной или нерегулярной) или тарелок. Кипятильники 2 и 7 представляют собой выносные термосифонные теплообменные аппараты рекуперативного типа, обогреваемые внешним теплом - паром давлением 12 ати. Кипятильник 4 представляет собой теплообменный аппарат рекуперативного типа, обогреваемый внешним теплом - паром давлением 27 ати. Гидролизер 5 представляет собой колонну, которая может быть выполнена как полой, так и содержать насадку или тарелки. Абсорбер 8 может содержать в кубовой зоне устройство для распределения входящей парогазовой фазы и встроенный холодильник для отвода тепла абсорбции оборотной водой. Пример реализации способа. Загрязненные сточные воды с содержанием аммиака 50000 мг/л и карбамида 5000 мг/л в количестве 25 м 3/ч с температурой около 40 С проходят через рекуперативный подогреватель 9 и нагреваются теплом отходящих очищенных сточных вод до 80 С. Затем сточные воды проходят через рекуперативный конденсатор 10,где нагреваются до 100 С, возможно с частичным парообразованием, за счет тепла частичной конденсации парогазовой смеси, отходящей из ректификационной колонны 1. Загрязненные сточные воды, нагретые до температуры процесса десорбции, поступают затем в верхнюю часть ректификационной колонны 1. Стекая по насадке внутри ректификационной колонны 1, происходит взаимодействие сточных вод с поднимающейся газопаровой смесью, состоящей в основном из водяного пара, содержащей в виде примесей 3 13415 1 2010.08.30 аммиак и диоксид углерода. За счет разности парциальных давлений аммиака в сточных водах и парогазовой смеси происходит частичный переход аммиака из сточных вод в парогазовую смесь по термодинамическому условию парожидкостного равновесия. Загрязненная газопаровая смесь выходит из верхней зоны ректификационной колонны 1,проходит рекуперативный конденсатор 10, частично конденсируется и в виде двухфазной паро-газожидкостной смеси поступает в абсорбер 8, где происходит частичная конденсация аммиака и паров воды, и после этого парогазовая смесь поступает на последующую технологическую стадию для переработки и утилизации. Сточные воды после прохождения массообменной зоны ректификационной колонны 1 накапливаются в кубовой зоне. При необходимости достижения более высокой степени очистки сточные воды могут циркулировать в кубовой зоне через кипятильник 2 с образованием парожидкостной смеси,которая сепарируется в кубовой зоне. При этом полученный пар используется для десорбции аммиака в массообменной зоне ректификационной колонны 1, а жидкая фаза выводится и поступает в насос 3. Из насоса 3 сточные воды под давлением 19 ати проходят через кипятильник 4, где нагреваются до 200 С, т.е. температуры начала процесса гидролиза(разложения карбамида) и поступают в гидролизер 5. В гидролизере 5 в течение одного часа происходит процесс разложения карбамида, содержащегося в сточных водах, на исходные составляющие - аммиак и диоксид углерода. После гидролизера 5 сточные воды дросселируются до давления 1,5 ати, при этом образуется двухфазная газо-парожидкостная смесь за счет выделения избыточного внутреннего тепла в виде пара и снижение температуры смеси до температуры 125 С, соответствующей температуре фазового равновесия при данном давлении. Сточные воды в виде образовавшейся двухфазной смеси поступают в верхнюю часть десорбера 6, где происходит ее сепарация. При этом отсепарированная парогазовая фаза смешивается с поднимающейся из насадки парогазовой смесью. Полученная парогазовая смесь выводится из десорбера 6 и направляется в ректификационную колонну 1 в ее кубовую зону. Сточные воды в десорбере 6 стекают по насадке и контактируют с поднимающейся газопаровой смесью, состоящей практически из чистого водяного пара. За счет разности парциальных давлений аммиака в сточных водах и парогазовой смеси происходит переход аммиака из сточных вод в парогазовую смесь по термодинамическому условию парожидкостного равновесия. Сточные воды после накапливаются в кубовой зоне десорбера 6. При этом часть сточных вод циркулирует в кубовой зоне через кипятильник 7 с образованием парожидкостной смеси, которая сепарируется в кубовой зоне. При этом полученный пар используется для процесса десорбции аммиака в массообменной зоне десорбера 6. Сточные воды с содержанием аммиака до 30 мг/л и карбамида до 42 мг/л выводится из кубовой зоны десорбера 6, проходят рекуперативный подогреватель 9, охлаждается до температуры 82 С и направляются на последующую технологическую стадию, например, в систему биологической очистки сточных вод. Распределение потребления внешнего тепла и показатели очистки сточных вод по прототипу и по заявляемому варианту приведены в табл. 1 и 2 соответственно. Таблица 1 Потребитель внешнего тепла 1. Кипятильник 2 (пар 12 ати) 2. Кипятильник 4 (пар 27 ати) 3. Кипятильник 7 (пар 12 ати) ИТОГО Величина потребляемого тепла в виде пара давлением 12 ати или 27 ати, т/ч Прототип Вариант по заявке 5 0,5 2,5 3,5 5 2 12,5 6 Место и состав загрязнений сточных вод производства карбамида 1. Сточные воды на входе аммиак карбамид 2. Сточные воды на входе аммиак карбамид Сопоставительный анализ результатов испытаний, приведенный в табл. 1 и 2 показывает, что утилизация тепла отходящих технологических потоков по изобретению обеспечивает снижение потребления внешнего тепла на 52 , при этом в выходных очищенных сточных водах снижается содержание аммиака и карбамида примерно в 2,5 раза по сравнению с прототипом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5