Установка синтеза и дистилляции карбамида

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Тарновецкий Анатолий Васильевич Бобров Виктор Васильевич Покачайло Иван Тадеушевич Амелькович Вячеслав Александрович Лакомкин Александр Андреевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Установка синтеза и дистилляции карбамида, содержащая колонну синтеза, в которой по высоте размещены поперечные секционирующие устройства, штуцер ввода исходных реагентов, расположенный в нижней части колонны синтеза и подключенный посредством входной линии к смесителю, подключенному к линиям исходных реагентов,18263 1 2014.06.30 штуцер вывода продуктов реакции, подключенный к верхней части колонны синтеза, отличающаяся тем, что после смесителя расположен входной коллектор, к которому посредством дополнительной входной линии подключена дополнительная колонна синтеза,к верхней части которой подключен штуцер вывода продуктов реакции, штуцеры вывода продуктов реакции колонны синтеза и дополнительной колонны синтеза подключены к выходному коллектору посредством линии вывода плава синтеза карбамида и дополнительной линии вывода плава синтеза карбамида, размещенной после дополнительной колонны синтеза, при этом выходной коллектор посредством выходной линии подсоединен к системе дистилляции. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на дополнительной линии вывода плава синтеза карбамида установлена запорно-регулирующая арматура. Установка относится к технологическим аппаратурным системам для осуществления процессов ступенчатого синтеза продукта из сырья, находящегося в различном агрегатном состоянии, и может применяться в производстве минеральных удобрений, в частности в производстве карбамида для осуществления процесса синтеза карбамида из жидкофазного аммиака и газофазного диоксида углерода с последующей дистилляцией полученного жидкофазного плава синтеза. Известна установка синтеза и дистилляции карбамида, содержащая колонну синтеза,штуцер ввода исходных реагентов, расположенный в нижней части колонны синтеза и подключенный посредством входной линии к смесителю, подключенному к линиям исходных реагентов, штуцер вывода продуктов реакции, подключенный к верхней части колонны синтеза 1. Основным недостатком известного устройства является низкая производительность установки и невысокая степень превращения диоксида углерода в карбамид. Это обусловлено тем, что из-за отсутствия поперечных секционирующих устройств по высоте колонны (т.е. в полой колонне) с увеличением нагрузки нарушается структура восходящего потока и возникают циркуляционные зоны с обратным движением реагентов, что снижает движущую силу массопередачи. Увеличение поперечного сечения колонны обуславливает значительное увеличение материалоемкости колонны синтеза и существенное удорожание установки. Прототипом изобретения выбрана установка синтеза и дистилляции карбамида, содержащая колонну синтеза, в которой по высоте размещены поперечные секционирующие устройства, штуцер ввода исходных реагентов, расположенный в нижней части колонны синтеза и подключенный посредством входной линии к смесителю, подключенному к линиям исходных реагентов, штуцер вывода продуктов реакции, подключенный к верхней части колонны синтеза 2. Основным недостатком прототипа является недостаточная производительность установки. Обусловлено это невысокой степенью превращения диоксида углерода в карбамид,что вызывает необходимость работы установки в режиме предельной нагрузки для обеспечения требуемого выпуска продукции. Работа в режиме предельных нагрузок снижает эксплуатационную надежность установки, что проявляется в следующем 1) разрушении слоя защитной футеровки и внутренних поперечных секционирующих устройств колонны синтеза из-за высокой скорости реагентов, вызывающих эрозионно-коррозионное воздействие и 2) повышении нагрузки на оборудование от не вступивших в реакцию синтеза карбамида компонентов (аммиака и диоксида углерода), которые необходимо выделять в процессе дистилляции плава синтеза и на последующих стадиях переработки. Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение производительности, эффективности и эксплуатационной надежности установки синтеза и дистилляции карбамида. 2 18263 1 2014.06.30 Поставленная задача решается в установке синтеза и дистилляции карбамида, содержащей колонну синтеза, в которой по высоте размещены поперечные секционирующие устройства, штуцер ввода исходных реагентов, расположенный в нижней части колонны синтеза и подключенный посредством входной линии к смесителю, подключенному к линиям исходных реагентов, штуцер вывода продуктов реакции, подключенный к верхней части колонны синтеза, в которой, согласно изобретению, после смесителя расположен входной коллектор, к которому посредством дополнительной входной линии подключена дополнительная колонна синтеза, к верхней части которой подключен штуцер вывода продуктов реакции, штуцеры вывода продуктов реакции колонны синтеза и дополнительной колонны синтеза подключены к выходному коллектору посредством линии вывода плава синтеза карбамида, размещенной после дополнительной колонны синтеза, при этом выходной коллектор посредством выходной линии подсоединен к системе дистилляции. На дополнительной линии вывода плава синтеза установлена запорно-регулирующая арматура. Существенность отличий изобретения и их влияние на решение поставленной задачи заключается в следующем. Наличие дополнительной колонны синтеза и ее коллекторное подключение в соответствии с п. 1 формулы образует систему из параллельно установленных колонн синтеза, причем колонны синтеза могут иметь существенные конструктивные отличия как по рабочим объемам колонн, так и по исполнению внутренних поперечных секционирующих устройств. Такое включение колонн обеспечивает увеличение времени пребывания реакционной смеси в колоннах синтеза и, как технологическое следствие этого, более полное превращение диоксида углерода в карбамид. В результате этого происходит снижение технологической нагрузки как на колонну синтеза и ее внутренние секционирующие устройства, так и на систему дистилляции и на последующие технологические стадии, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности установки. При параллельной работе колонн синтеза одновременно происходит снижение эрозионного воздействия реакционной среды на корпус колонны синтеза и внутренние секционирующие устройства, что обуславливает существенное увеличение времени межремонтной работы колонн синтеза и является основой повышения эксплуатационной надежности установки. Благодаря тому что на дополнительной линии вывода плава синтеза установлена запорно-регулирующая арматура, такое решение обеспечивает возможность регулировать нагрузки колонн синтеза, особенно если колонны синтеза имеют различную эффективность, обусловленную различием в размерах колонн или в исполнении поперечных секционирующих устройств. Это существенно расширяет диапазон применения колонн синтеза из резерва оборудования при невысоких (допустимых) материальных затратах. Сущность изобретения поясняется схемой установки. Установка синтеза и дистилляции карбамида содержит колонну синтеза 1, дополнительную колонну синтеза 2, смеситель 3, систему дистилляции 4. Каждая колонна синтеза 1 и 2 содержит размещенные внутри по высоте поперечные секционирующие устройства 5,штуцер ввода исходных реагентов 6, расположенный в нижней части колонн 1 и 2 и подключенный к входному коллектору 7 посредством входной линии 8 и дополнительной входной линии 9. Входной коллектор 7 подсоединен посредством линии 10 к смесителю 3,к которому также подключены линии исходных реагентов 11, 12 и 13 соответственно диоксида углерода, аммиака и раствора углеаммонийных солей. В верхней части колонн синтеза 1 и 2 размещен штуцер 14 вывода продуктов реакции, подключен посредством линии 15 вывода плава синтеза и дополнительной линии 16 вывода плава синтеза к выходному коллектору 17 и от него посредством выходной линии 18 подсоединен к системе дистилляции 4. На дополнительной линии 16 вывода плава синтеза после дополнительной колонны синтеза 2 установлена запорно-регулирующая арматура 19. 3 18263 1 2014.06.30 Установка синтеза и дистилляции карбамида работает следующим образом. Исходное сырье в виде газообразного диоксида углерода, жидкого аммиака и раствора углеаммонийных солей поступает по линиям исходных реагентов соответственно 11, 12 и 13 и вводится в смеситель 3, откуда полученная газожидкостная смесь по линии 10 поступает во входной коллектор 7. Из входного коллектора 7 газожидкостная смесь распределяется в виде двух потоков. Один поток поступает во входную линию 8 и из нее через штуцер ввода исходных реагентов 6 в колонну синтеза 1. Второй поток поступает в дополнительную входную линию 9 и из нее через штуцер ввода исходных реагентов 6 в дополнительную колонну синтеза 2. Рациональное распределение потоков в колонны синтеза 1 и 2 осуществляется посредством запорно-регулирующей арматуры 19. Проходя через поперечные секционирующие устройства 5 по высоте колонн синтеза 1 и 2, последовательно происходят реакции первоначально образование карбамата аммония из аммиака и диоксида углерода, сопровождающееся выделением тепловой энергии, затем дегитратирование карбамата аммония с образованием карбамида и воды, сопровождающееся поглощением тепловой энергии. Вторая стадия реакции является лимитирующей. Из верхней части колонн синтеза 1 и 2 плав синтеза, состоящий из карбамида и непрореагировавших продуктов, воды и растворенных инертных газов, выводится через штуцеры 14 и поступает по линии 15 вывода плава синтеза и по дополнительной линии 16 вывода плава синтеза в выходной коллектор 17. Из выходного коллектора 17 объединенный поток по выходной линии 18 поступает в систему дистилляции 4. В системе дистилляции 4 происходит выделение непрореагировавших исходных компонентов из плава синтеза в виде газов дистилляции (смеси аммиака, диоксида углерода, водяных паров и инертных газов), которые подвергаются переработке, в результате которой аммиак и двуокись углерода в виде водного раствора углеаммонийных солей возвращаются в узел синтеза, а полученный в результате дистилляции водный раствор карбамида подается на следующую технологическую стадию. Так как исходные реагенты поступают в систему из параллельно установленных колонн синтеза 1 и 2, это обеспечивает увеличение времени пребывания реакционной смеси в колоннах синтеза 1 и 2 и увеличивает время для прохождения лимитирующей стадии дегидратирования карбамата аммония, что в конечном итоге обеспечивает более полное превращение диоксида углерода в карбамид. В результате обеспечивается снижение технологической нагрузки на систему дистилляции 2. Увеличение степени превращения диоксида углерода на 1 снижает нагрузку на систему дистилляции на 3 . При этом одновременно происходит снижение эрозионного воздействия на колонны синтеза 1 и 2 и их поперечные секционирующие устройства 5 примерно в 2 раза, что обуславливает существенное увеличение времени безопасной работы колонн синтеза и является основой повышения их эксплуатационной надежности. Благодаря тому что на дополнительной входной линии установлена запорнорегулирующая арматура 19, обеспечивается возможность регулирования нагрузок по колоннам синтеза 1 и 2, особенно если колонны синтеза 1 и 2 имеют различную эффективность работы, обусловленную различием в рабочих объемах колонн или в конструктивном исполнении поперечных секционирующих устройств 5. Это существенно расширяет диапазон допустимых типоразмеров колонн синтеза 2 из резерва оборудования, что существенно снижает материальные затраты на реализацию изобретения. Промышленные испытания изобретения в производстве карбамида показали повышение производительности установки синтеза и дистилляции карбамида на 20 , повышение эффективности (увеличение степени превращения двуокиси углерода в карбамид) на 4,5 , повышение эксплуатационной надежности установки в 2 раза (оценено по прогнозируемому увеличению межремонтного пробега колонн синтеза, подтверждается снижением концентрации иона железа в плаве синтеза). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5