Установка для промывки газов дистилляции в производстве карбамида

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОМЫВКИ ГАЗОВ ДИСТИЛЛЯЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ КАРБАМИДА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Сиротин Андрей Вячеславович Бобров Виктор Васильевич Лакомкин Александр Андреевич Покачайло Иван Тадеушевич Амелькович Вячеслав Александрович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка для промывки газов дистилляции в производстве карбамида, содержащая промывную колонну с массообменной насадкой или тарелками, подключенную в верхней части к конденсатору аммиака, к линиям аммиачной воды, низкоконцентрированного раствора углеаммонийных солей и жидкого аммиака, в нижней части посредством линий 15967 1 2012.06.30 ввода газа и вывода жидкости - к абсорберу в виде контактного аппарата, подключенного к линии газов дистилляции и к линии высококонцентрированного раствора углеаммонийных солей, с рекуперативным теплообменником, подключенным к линии хладагента, отличающаяся тем, что абсорбер выполнен двухступенчатым, а линия хладагента составлена из линий высоко- и низкотемпературного хладагента, при этом линия высокотемпературного хладагента выполнена в виде циркуляционного контура, в котором установлен рекуперативный теплообменник абсорбера первой ступени и холодильник, подключенный к линии низкотемпературного хладагента. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве высокотемпературного хладагента использована химически очищенная вода. Установка относится к технологическим аппаратурным системам для осуществления процессов поглощения компонентов из парогазовой фазы жидкостью с протеканием экзотермической химической реакции в жидкой фазе и может применяться в производстве минеральных удобрений, в частности в производстве карбамида, для выделения диоксида углерода из газов дистилляции с получением раствора углеаммонийных солей и последующей конденсации аммиака. В качестве прототипа изобретения выбрана установка для промывки газов дистилляции в производстве карбамида, содержащая промывную колонну с массообменной насадкой или тарелками, подключенную в верхней части к конденсатору аммиака, к линиям аммиачной воды, низкоконцентрированного раствора углеаммонийных солей и жидкого аммиака, в нижней части посредством линий ввода газа и вывода жидкости - к абсорберу в виде контактного аппарата, подключенного к линии газов дистилляции и к линии высококонцентрированного раствора углеаммонийных солей, с рекуперативным теплообменником, подключенным к линии хладагента 1. Основным недостатком прототипа является низкая производительность установки по улавливанию диоксида углерода в абсорбере и промывной колонне, а также низкой производительностью конденсатора аммиака, особенно в летнее время работы. Использование хладагента в виде воды с начальной температурой 2528 С в рекуперативном теплообменнике абсорбера приводит к образованию отложений углеаммонийных солей за счет их кристаллизации на наружной поверхности труб вследствие охлаждения раствора в пристенном (пограничном) слое. Наличие отложений существенно увеличивает коэффициент термического сопротивления теплопередачи, что снижает эффективность процесса абсорбции диоксида углерода и к тому же газы дистилляции выходят из абсорбера с повышенной температурой. Поступление газов дистилляции в промывную колонну с повышенным содержанием диоксида углерода и с повышенной температурой вызывает необходимость увеличивать подачу жидкого аммиака на орошение колонны для связывания диоксида углерода в углеаммонийные соли и для испарительного охлаждения газов дистилляции. Повышение количества испаренного аммиака вызывает как повышение давления в системе газов дистилляции, так и повышение нагрузки на конденсатор аммиака. Это вызывает увеличение энергопотребления, а также ограничивает повышение нагрузки установки, в частности, из-за перегрузки конденсатора аммиака, особенно в летнее время,когда процесс теплоотвода ухудшается из-за образования отложений в виде солей жесткости. Зарастание конденсатора отложениями вызывает необходимость остановки конденсатора для очистки, что снижает эксплуатационную надежность и производительность установки. Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение производительности и эксплуатационной надежности установки. Поставленная задача решается в установке для промывки газов дистилляции в производстве карбамида, содержащей промывную колонну с массообменной насадкой или та 2 15967 1 2012.06.30 релками, подключенную в верхней части к конденсатору аммиака, к линиям аммиачной воды, низкоконцентрированного раствора углеаммонийных солей и жидкого аммиака, в нижней части посредством линий ввода газа и вывода жидкости - к абсорберу в виде контактного аппарата, подключенного к линии газов дистилляции и к линии высококонцентрированного раствора углеаммонийных солей, с рекуперативным теплообменником,подключенным к линии хладагента, в которой, согласно изобретению, абсорбер выполнен двухступенчатым, а линия хладагента составлена из линий высоко- и низкотемпературного хладагента, при этом линия высокотемпературного хладагента выполнена в виде циркуляционного контура, в котором установлен рекуперативный теплообменник абсорбера первой ступени и холодильник, подключенный к линии низкотемпературного хладагента. В качестве высокотемпературного хладагента использована химически очищенная вода. Существенность отличий изобретения и их влияние на решение поставленной задачи заключается в следующем. Абсорбер выполнен двухступенчатым. Такое решение позволяет получить комплекс технологических эффектов. Увеличивается время и поверхность контакта фаз, что повышает эффективность улавливания диоксида углерода, снижает температуру и количество газов дистилляции в промывную колонну (т.е. снижает нагрузку) и является основой возможности увеличения нагрузки установки. Повышается выходная концентрация раствора углеаммонийных солей за счет противоточного движения газа и жидкости, что позволяет повысить нагрузку смежных технологических стадий, в частности процесса синтеза карбамида. Линия хладагента составлена из линий высоко- и низкотемпературного хладагента. Отвод тепла на различных температурных уровнях повышает производительность и эксплуатационную надежность установки за счет предотвращения образования отложений в теплообменном оборудовании. Линия высокотемпературного хладагента выполнена в виде циркуляционного контура. Такое решение позволяет минимизировать количество высокотемпературного хладагента за счет его многократного использования, что повышает экономичность установки. В линии высокотемпературного хладагента установлен рекуперативный теплообменник абсорбера первой ступени. Такое решение обеспечивает отвод тепла абсорбции высокотемпературным хладагентом, т.е. находящимся при температуре выше температуры кристаллизации углеаммонийных солей, что исключает образование отложений на поверхности труб рекуперативного теплообменника, в том числе в условиях повышения концентрации раствора углеаммонийных солей в абсорбере первой ступени. Это обеспечивает повышение производительности и эксплуатационной надежности установки. В линии высокотемпературного хладагента установлен холодильник, подключенный к линии низкотемпературного хладагента. Такое решение обеспечивает охлаждение высокотемпературного хладагента. При этом, изменяя количество низкотемпературного хладагента в холодильник, можно регулировать входную температуру высокотемпературного хладагента в абсорбер первой ступени. Это позволит управлять процессом отвода тепла из абсорбера первой ступени без образования отложений в условиях изменении концентрации раствора углеаммонийных солей, т.е. при изменении температуры кристаллизации солей, что способствует повышению производительности и эксплуатационной надежности установки. В качестве высокотемпературного хладагента использована химически очищенная вода. Такое решение исключает выпадение отложений в виде солей жесткости из высокотемпературного хладагента при повышенной температуре на поверхностях теплопередачи, которая имеет место в условиях повышения концентрации раствора углеаммонийных солей в абсорбере первой ступени, что обеспечивает повышение производительности и эксплуатационной надежности установки. 3 15967 1 2012.06.30 Сущность изобретения поясняется схемой установки. Установка для промывки газов дистилляции в производстве карбамида содержит абсорбер первой ступени 1, абсорбер второй ступени 2, промывную колонну 4 в виде аппарата с массообменной насадкой или тарелками, конденсатор аммиака 4, сборник высокотемпературного хладагента 5, циркуляционный насос 6, холодильник 7. Абсорберы 1 и 2 выполнены в виде контактных аппаратов, содержащих встроенный рекуперативный теплообменник 8. Сборник 5, циркуляционный насос 6, рекуперативный теплообменник 8 абсорбера 1 и холодильник 7 соединены последовательно с образованием контура 9 циркуляции высокотемпературного хладагента. В качестве высокотемпературного хладагента использована химически очищенная вода. Линия низкотемпературного хладагента 10 подключена холодильнику 7, к конденсатору аммиака 4 и от него - к рекуперативному теплообменнику 8 абсорбера 2. В качестве низкотемпературного хладагента использована вода из системы оборотного водоснабжения. Линия ввода газов дистилляции 11 подключена к абсорберу 1 в его нижней части. Верхняя зона абсорбера 1 соединена линией ввода газа 12 с нижней зоной абсорбера 2. Верхняя зона абсорбера 2 соединена с нижней зоной промывной колонны 3 посредством линии ввода газа 13. Верхняя зона промывной колонны соединена линией 14 с конденсатором 4. Линия 15 вывода жидкого аммиака из конденсатора 4 частично заведена в зону промывной колонны 3 над массообменной насадкой,куда заведена также линия 16 ввода низкоконцентрированного раствора углеаммонийных солей и линия 17 ввода аммиачной воды. Нижняя зона колонны соединена линией 18 вывода жидкости с абсорбером 2. Нижняя зона абсорбера 2 соединена линией 19 вывода жидкости с абсорбером 1. Нижняя зона абсорбера 1 подключена к линии 20 вывода жидкости. Установка работает следующим образом. Газы дистилляции, содержащие аммиак,диоксид углерода и незначительной количество паров воды, поступают в установку по линии 11 и вводятся в нижнюю часть абсорбера 1, где происходит реакционное взаимодействие диоксида углерода с раствором углеаммонийных солей средней концентрации,поступающих в абсорбер 1 по линии 19, и переход его из газовой фазы в жидкую фазу. При этом происходит повышение концентрации углеаммонийных солей, которые по линии 20 выводятся из установки и поступают на стадию синтеза карбамида. В абсорбере 1 происходит также выделение тепла за счет химической реакции и за счет фазового перехода диоксида углерода. Отвод тепла осуществляется подачей химически очищенной воды с температурой 60 С из сборника 5 циркуляционным насосом 6 в рекуперативный теплообменник 8 абсорбера 1. Так как температура химически очищенной воды превышает температуру кристаллизации раствора углеаммонийных солей (около 45 С), то образования отложений солей на поверхности труб теплообменника 8 не происходит, что обеспечивает стабильность и эксплуатационную надежность теплоотвода. Нагретая химически очищенная вода из абсорбера 1 проходит по контуру 9 в холодильник 7, где охлаждается низкотемпературным хладагентом (оборотной водой), поступающим по линии 10,до температуры 60 С и возвращается в сборник 5. Изменение расхода низкотемпературного хладагента в холодильник 7 позволяет изменять величину температуры химически очищенной воды на входе в теплообменник 8 абсорбера 1, что обеспечивает надежное управление процессом предотвращения образования отложений в теплообменник 8 в широком диапазоне концентраций раствора углеаммонийных солей. Газы дистилляции, в основном освобожденные от диоксида углерода, выходят из верхней части абсорбера 1 и по линии 12 поступают в нижнюю часть абсорбера 2, куда также подается раствор углеаммонийных солей низкой концентрации, где процесс реакционного поглощения диоксида углерода повторяется и образуется раствор углеаммонийных солей средней концентрации. Так как газ значительно обеднен диоксидом углерода, а раствор углеаммонийных солей имеет не высокую, а среднюю концентрацию, то в этих условиях температура кристаллизации существенно снижается и составляет около 30 С. Это позволяет отводить тепло 4 15967 1 2012.06.30 процесса на более низком температурном уровне без опасности образования отложений на поверхности теплообменника 8 абсорбера 2. В теплообменник 8 абсорбера 2 подается низкотемпературный хладагент по линии 10, предварительно нагретый в конденсаторе 4 до температуры свыше 30 С. Газ, представляющий собой аммиак со следами диоксида углерода, выходит из абсорбера 2 и по линии 13 поступает в нижнюю зону промывной колонны 3, проходит через орошаемую массообменную насадку, полностью освобождается от диоксида углерода, выходит из колонны 3 и по линии 14 направляется в конденсатор 4,где аммиак полностью переходит в жидкую фазу. Из конденсатора 4 жидкий аммиак выводится по линии 15 и частично возвращается на орошение насадки промывной колонны 3. На орошение насадки промывной колонны 3 подается также по линии 16 раствор углеаммонийных солей низкой концентрации и по линии 17 раствор аммиачной воды, что исключает аварийный проскок диоксида углерода в конденсатор 4. Раствор углеммонийных солей низкой концентрации из нижней зоны промывной колонны поступает по линии 18 в абсорбер 2. Повышение производительности установки и увеличение ее эксплуатационной надежности обеспечивается наличием двух ступеней абсорберов, работающих в режиме противотока на разных температурных и концентрационных уровнях, что обеспечивает увеличение времени пребывания реагентов, поверхности контакта фаз и предотвращает наступление процесса образования отложений из-за кристаллизации солей. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5