Установка для получения раствора карбамида

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА КАРБАМИДА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Сиротин Андрей Вячеславович Пугач Федор Владимирович Огурцов Николай Константинович Тарновецкий Анатолий Васильевич Последняя Тамара Ивановна Борисов Михаил Константинович Барсань Иван Владимирович Лакомкин Александр Андреевич Сильченко Александр Анатольевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка для получения раствора карбамида, предназначенного для каталитической очистки выхлопных газов двигателей, содержащая емкость исходного раствора карбамида,снабженную насосом, емкостной аппарат с перемешивающим устройством, соединенный с десорбером через насос линией очищенного раствора карбамида, линию подачи очищенной воды, линию вывода полученного раствора карбамида, отличающаяся тем, что емкость 18020 1 2014.02.28 исходного раствора карбамида соединена с десорбером, в нижнюю часть которого заведена линия греющего теплоносителя и линия очищенного раствора карбамида, на которой установлены последовательно предварительный смеситель, подключенный к линии подачи очищенной воды, и охладитель, подключаемый к линии хладагента, а перемешивающее устройство выполнено в виде выносного циркуляционного контура, к которому подключена линия вывода полученного раствора карбамида и снабженного насосом. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена турбулизатором-смесителем,установленным после насоса выносного циркуляционного контура перед линией вывода полученного раствора карбамида. 3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что турбулизатор-смеситель выполнен в виде эжектора и подключен к линии подачи очищенной воды. 4. Установка по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что турбулизатор-смеситель выполнен с возможностью подключения к линии модифицирующей добавки. Изобретение относится к установкам химической технологии и может быть использовано в производстве минеральных азотных удобрений, в частности карбамида, для получения раствора карбамида, применяемого в системах каталитической очистки от окислов азота выхлопных газов двигателей. Наиболее близким к изобретению, выбранному в качестве прототипа, является установка для получения раствора карбамида, предназначенного для каталитической очистки выхлопных газов двигателей, содержащая емкость исходного раствора карбамида, снабженную насосом, емкостной аппарат с перемешивающим устройством, соединенный с десорбером через насос линией очищенного раствора карбамида, линию подачи очищенной воды, линию вывода полученного раствора карбамида 1. Недостатком прототипа является недостаточное качество продукта и значительная стоимость установки. Недостаточное качество продукта обусловлено высоким остаточным содержанием аммиака в продукционном растворе. Это обусловлено следующим. Так как вначале (перед подачей в десорбер) происходит смешивание исходного раствора, содержащего аммиак, близкого к равновесному значению, с очищенной водой, не содержащей аммиака, то происходит снижение концентрации аммиака в разбавленном растворе. Это означает, что концентрация аммиака становится существенно ниже равновесного значения, но выше значения, предъявляемого к продукционному раствору. Для выделения из разбавленного раствора аммиака, находящегося ниже равновесного значения, требуются высокие энергетические затраты, что существенно увеличивает стоимость установки за счет возрастания эксплуатационных затрат. В прототипе для выделения аммиака используют продувку раствора воздухом. Это не может обеспечить требуемое содержание аммиака в продукционном растворе, т.к. продувка производится без нагрева воздуха, т.е. воздух будет охлаждать раствор и снижать одну из движущих сил процесса десорбции. При этом сам воздух должен быть тщательно очищенным, т.к. воздух из среды предприятия загрязнен химическими и механическими примесями. Для обеспечения требуемой очистки воздуха также требуются значительные капитальные и эксплуатационные затраты, что увеличивает стоимость установки. В прототипе для очистки загрязненного воздуха из десорбера используют процесс адсорбции. Для непрерывной работы установки требуется одновременное протекание противоположных процессов адсорбции и регенерации адсорбента, т.е. наличие двух работающих аппаратов, что также увеличивает материальные и эксплуатационные затраты установки. Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение качества продукционного раствора и повышение экономичности установки,Поставленная задача решается в установке для получения раствора карбамида, предназначенного для каталитической очистки выхлопных газов двигателей, содержащей емкость 2 18020 1 2014.02.28 исходного раствора карбамида, снабженную насосом, емкостной аппарат с перемешивающим устройством, соединенный с десорбером через насос линией очищенного раствора карбамида, линию подачи очищенной воды, линию вывода полученного раствора карбамида, в которой, согласно изобретению, емкость исходного раствора карбамида соединена с десорбером, в нижнюю часть которого заведена линия греющего теплоносителя и линия очищенного раствора карбамида, на которой установлены последовательно предварительный смеситель, подключенный к линии очищенной воды, и охладитель, подключенный к линии хладагента, а перемешивающее устройство выполнено в виде выносного циркуляционного контура, к которому подключена линия вывода полученного раствора карбамида и снабженного насосом. Установка снабжена турбулизатором-смесителем, установленным после насоса выносного циркуляционного контура перед линией вывода полученного раствора карбамида. Турбулизатор-смеситель выполнен в виде эжектора и подключен к линии очищенной воды. Турбулизатор-смеситель выполнен с возможностью подключения к линии модифицирующей добавки. Существенность отличительных признаков изобретения заключается в следующем. Емкость исходного раствора карбамида соединена с десорбером. Такое решение обеспечивает предварительную (т.е. до смешивания с очищенной водой) очистку исходного раствора от аммиака. Так как концентрация аммиака в исходном растворе близка к равновесному значению, то осуществление очистки такого раствора существенно снижает необходимые энергетические затраты и обеспечивает получение продукционного раствора более высокого качества. В нижнюю часть десорбера заведена линия греющего теплоносителя. Это обеспечивает подвод тепла в десорбер, что существенно улучшает процесс десорбции за счет сдвига газо-парожидкостного равновесия при нагреве в сторону выделения аммиака из раствора в паровую фазу и позволяет использовать аппарат небольших размеров, что повышает качество продукта и снижает стоимость установки. Использование греющего теплоносителя,например, в виде дешевого низко потенциального водяного пара, являющегося отходом производства карбамида, снижает стоимость установки, и может использоваться в вариантах в виде острого пара, в виде глухого пара или в их комбинации. Это повышает эффективность и надежность процесса очистки раствора, обеспечивая достижение требуемого качества. В нижнюю часть десорбера заведена линия очищенного раствора карбамида. Это обеспечивает подачу очищенного раствора на разбавление очищенной водой (в прототипе подают на разбавление загрязненный раствор), что обеспечивает повышение качества продукционного раствора за счет практически полного отсутствия аммиака в растворе после разбавления. На линии очищенного раствора карбамида установлены последовательно предварительный смеситель, подключенный к линии очищенной воды, и охладитель, подключенный к линии хладагента. Подача в предварительный смеситель очищенного раствора после десорбера и очищенной воды позволяет получить раствор с концентрацией близкой к заданной концентрации без энергозатрат, что повышает качество и экономичность установки. Так как после десорбера раствор карбамида имеет высокую температуру, близкую к температуре кипения раствора, то плотность раствора снижается и становится близкой к плотности очищенной воды, поступающей на смешение. Близость плотностей смешиваемых жидкостей обеспечивает высокую эффективность перемешивания в распространенных низко затратных смесителях, например, статического типа, что снижает эксплуатационные затраты установки. Установка охладителя, подключенного к линии хладагента, обеспечивает получение раствора с требуемой температурой, обеспечивает получение продукционного раствора заданного качества. Перемешивающее устройство выполнено в виде выносного циркуляционного контура,к которому подключена линия вывода очищенного раствора карбамида и снабженного на 3 18020 1 2014.02.28 сосом. Такое решение создает непрерывную циркуляцию раствора и обеспечивает постоянство концентрации раствора во всем объеме емкости и в линии выдачи продукта, что повышает качество продукта за счет создания концентрационной инертности в емкости,особенно в условиях колебаний входной концентрации раствора. Установка снабжена турбулизатором-смесителем. Такое решение обеспечивает повышение однородности концентрации раствора в выносном циркуляционном контуре и в линии выдачи продукта, что повышает качество продукта. Турбулизатор-смеситель установлен после насоса выносного циркуляционного контура перед линией вывода полученного раствора карбамида Установка турбулизаторасмесителя посленасоса исключает снижениепроизводительности циркуляционного контура, обусловленного дополнительным гидравлическим сопротивлением, и одновременно повышает качество выдаваемого раствора карбамида за счет повышения равномерности концентрации. Турбулизатор-смеситель выполнен в виде эжектора. Такое решение обеспечивает эффективное перемешивание компонентов за счет наличия в эжекторе камеры смешения зоны активного гидродинамического турбулентного режима, обеспечивающего выравнивание концентрационных параметров по ее сечению, что повышает качество продукта,особенно при вводе в эжектор какого-либо компонента (дозируемой воды и модифицирующей добавки) на смешение. Турбулизатор-смеситель подключен к линии очищенной воды. Такое решение позволяет доводить концентрацию раствора до требуемой концентрации, сужая диапазон допускаемых концентраций, что обеспечивает стабильность качества продукта и технологическую надежность установки. Турбулизатор-смеситель выполнен с возможностью подключения к линии модифицирующей добавки. Такое решение расширяет функциональные возможности установки и позволяет без дополнительных затрат производить продукт с новыми физико-химическими свойствами требуемого качества, что повышает экономичность установки. Сущность изобретения поясняется фигурой. Установка для получения раствора карбамида, предназначенного для каталитической очистки выхлопных газов двигателей,включает емкость 1 исходного раствора карбамида, соединенную через насос 2 с десорбером 3 в его верхней зоне 4 посредством линии 5 подачи питания. Десорбер 3 содержит массообменную зону 6, выполненную насадочной или тарельчатой. В верхней зоне 4 десорбера 3 подключена линия 7 вывода растворенных газов на утилизацию, например в производство карбамида. В нижней зоне 8 десорбера 3 подключены линия 9 очищенного раствора карбамида и линия 10 подачи греющего пара низкого потенциала, например из производства карбамида. На линии 9 установлены последовательно предварительный смеситель 11, например, статического типа, к которому также подключена линия 12 очищенной воды, охладитель 13, подключенный к линии 14 хладагента (например, оборотной воды), емкостной аппарат 15. Емкостной аппарат 15 содержит перемешивающее устройство 16, выполненное в виде выносного циркуляционного контура 17, к которому подключена линия 18 вывода полученного раствора карбамида и снабженного насосом 19. Выносной циркуляционный контур 17 снабжен турбулизатором-смесителем 20, установленным после насоса 19 перед линией 18. Турбулизатор-смеситель 20 выполнен в виде эжектора и подключен к линии 12 через запорно-регулирующую арматуру 21. Турбулизатор-смеситель 20 может быть подключен к линии 22 модифицирующей добавки через запорно-регулирующую арматуру 23. Установка для получения раствора карбамида, предназначенного для каталитической очистки выхлопных газов двигателей, работает следующим образом. Исходный водный раствор карбамида с концентрацией 67-72(мас.), содержащий избыточный растворенный аммиак, из емкости 1 по линии 5 насосом 2 подается в верхнюю зону 4 десорбера 3,где распределяется по поперечному сечению десорбера 3. В объеме массообменной зоны 4 18020 1 2014.02.28 6 десорбера 3 происходит прямой контакт стекающего раствора с поднимающимся потоком водяного пара. Так как содержание аммиака в поднимающемся потоке водяного пара практически отсутствует, происходит переход аммиака из раствора в паровой поток по условию газо-парожидкостного термодинамического равновесия. Нагрев раствора за счет контакта с паром приводит к дополнительному сдвигу газо-парожидкостного термодинамического равновесия в сторону снижения остаточного содержания аммиака из раствора. В нижнюю зону 8 десорбера 3 стекает раствор карбамида, практически полностью очищенный от аммиака. В нижней зоне 8 происходит дополнительный контакт свежего водяного пара, поступающего в зону 8 по линии 10, с раствором в интенсивном гидродинамическом режиме барботажа, что обеспечивает стабильную очистку раствора от аммиака в условиях колебаний входных нагрузок и начального содержания аммиака в растворе и повышает технологическую надежность установки. Выделившийся аммиак в потоке водяного пара выводится из верхней зоны 4 десорбера 3 и по линии 7 выводится на утилизацию аммиака в производство карбамида, что повышает экономичность установки и исключает загрязнение окружающей среды. Очищенный раствор карбамида выводится из нижней зоны 8 десорбера 3 и по линии 9 направляется в предварительный смеситель 11, в котором происходит его разбавление очищенной водой, поступающей в предварительный смеситель 11 по линии 12, и снижением концентрации карбамида в растворе приблизительно до продукционного значения. При разбавлении раствора происходит также его частичное охлаждение, окончательное охлаждение раствора до продукционной температуры происходит в охладителе 13 хладагентом, поступающем по линии 14. После охладителя 13 охлажденный и разбавленный раствор поступает в емкостной аппарат 15 и из него в перемешивающее устройство 16, где приобретает свойства продукционного раствора. При этом разбавленный раствор из нижней части емкостного аппарата 15 поступает в выносной циркуляционный контур 17, насосом 10 подается в турбулизатор-смеситель 20, где интенсивно перемешивается с очищенной водой, поступающей по линии 12 и дозируемой с помощью запорно-регулирующей арматуры 21 для получения продукционной концентрации. На выходе из турбулизатора-смесителя 20 раствор имеет концентрацию, соответствующую концентрации продукционного раствора. Раствор карбамида с продукционной концентрацией выдается по линии 18 потребителю, а избыток раствора карбамида по линии 17 возвращается в емкостной аппарат 15, образуя контур циркуляции. Для получения раствора карбамида с новыми свойствами (более низкой температурой замерзания, с более высокими диспергирующими свойствами и др.) в турбулизатор-смеситель 20 по линии 22 может подаваться модифицирующая добавка, дозируемая посредством запорно-регулирующей арматуры 23. Использование изобретения позволяет снизить содержание аммиака в продукционном растворе до 0,003(мас.) при допустимом содержании аммиака -0,15(мас.), а также сузить диапазон допустимой концентрации продукционного раствора на 36 , что обеспечивает получение продукционного раствора более высокого качества, особенно в условиях колебаний входных концентраций раствора по карбамиду и аммиаку. Источники информации 1.2289471, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5