Установка для каталітичного очищення діоксиду вуглецю від домішок горючих газів у виробництві карбаміду

Установка для каталітичного очищення діоксиду вуглецю від домішок горючих газів у виробництві карбаміду, яка складається з трубопроводу для подавання неочищеного діоксиду вуглецю, з'єднаного з трубопроводом для подавання кисню, контактного апарата з паладійвмісним каталізатором та теплообмінника, з’єднаного трубопроводом з контактним апаратом, яка відрізняється тим, що додатково містить компресор, розташований на лінії подавання діоксиду вуглецю у виробництві карбаміду, причому трубопровід для подавання неочищеного діоксиду вуглецю приєднаний до першого ступеня стиснення неочищеного діоксиду вуглецю компресора, а трубопровід між контактним апаратом і теплообмінником з'єднаний з додатковим трубопроводом, оснащеним пристроєм для охолодження очищеного діоксиду вуглецю. UA (11) 81912 (21) a200501114 (22) 07.02.2005 (24) 25.02.2008 (72) БАРАБАШ ІВАН ІВАНОВИЧ, UA, ПОГОРЕЛЬЦЕВ ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ, UA, КОЖЕМЯК АСЯ МИХАЙЛІВНА, UA, САДОВНИЧИЙ ЄВГЕН ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, БЕНСМАН ТЕТЯНА ДАВИДІВНА, UA, ХУДЯКОВА ЛЮДМИЛА МИХАЙЛІВНА, UA, ЄГРИЩІН МИХАЙЛО ЄГОРОВИЧ, UA, ЦИГЛЄЄВ ВОЛОДИМИР БОРИСОВИЧ, UA (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВОДОСЛІДНИЙ ТА ПРОЕКТНИЙ ІНСТИТУТ АЗОТНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ТА ПРОДУКТІВ ОРГАНІЧНОГО СИНТЕЗУ, UA (56) SU 1502613, A, 23.08.1989 SU 1728231, A, 23.04.1992 US 4988491, A, 29.01.1991 US 6448441, B, 10.09.2002 Химия и технология азотных удобрений: Очистка газа. Информ. сообщения.-М: ГИАП,1968.-С.45-53. C2 2 (19) 1 3 трубопровід між рекупераційним теплообмінником і контактним апаратом з'єднаний з трубопроводом для подачі технологічного повітря або кисню. Установка розміщена перед компресором подачі очищеного діоксиду вуглецю у виробництво карбаміду. Випробування такої установки проводили під тиском, меншим за 0,016 МПа, на промисловому газі.. При температурі, вищій за 140°С, оксид вуглецю повністю окислювався , а вміст водню зменшувався до кількості, меншої за 0,01% об. Остаточний вміст кисню в очищеному діоксиді вуглецю - 0,1 - 0,4 % об.[ В.С.Гаврилов, Б.К.Данченко , Б.И.Пихтовников и др. Каталитическая очистка углекислоты от горючих примесей. - Химия и технология азотных удобрений. Очистка газа [Информационные сообщения).- М: ГИАП, ОНТИ.-1968.- с.45 ] Зазначена установка дозволяє одержувати діоксид вуглецю з регламентною кількістю домішок горючих газів. Але вона громіздка, складається з великої кількості апаратів, тобто матеріалоємна, потребує використання пари, оборотної води, підвищених витрат електроенергії, спричиняє великі капітальні витрати на будівництво установки. Інша відома установка, найбільш близька до установки , що заявляється, складається з трубопроводу для подачі неочищеного діоксиду вуглецю, з'єднаного з трубопроводами для подачі повітря або кисню, реактора (контактного апарату, об'єднаного з рекупераційним теплообмінником одним корпусом), додаткових теплообмінників (поза реактором), скрубера-охолоджувача очищеного діоксиду вуглецю, оснащеного пристроями для розбризкування води, насоса і теплообмінника для охолодження конденсату , з'єднаних трубопроводами. Крім наведених вище апаратів , установка має ємкість для конденсату, з'єднану трубопроводами з додатковими теплообмінниками і теплообмінником для охолодження конденсату. Потік неочищеного діоксиду вуглецю з повітрям або киснем по трубопроводу, що з'єднує його з рекупераційним теплообмінником, розміщеним у нижній частині реактору, через рекупераційний теплообмінник , де газовий потік підогрівають до 112-130°С, через додаткові теплообмінники , в яких здійснюють нагрівання потоку парою до 150°С, подають в верхню частину реактору ( контактний апарат) на паладійвміщуючий каталізатор промислового виробництва. В шарі каталізатору домішки горючих газів окислюються до об'ємної долі не більше за 0,05%, при цьому температура в зоні реакції підвищується. В трубопровід перед входом газового потоку в рекупераційний теплообмінник, розміщений у нижній частині реактору, передбачена подача і автоматичне регулювання витрат кисню, який забезпечує більш повне випалювання домішок горючих газів. Після виходу з контактного апарату очищений газ охолоджують спочатку в рекупераційному теплообміннику, розміщеному у нижній частині реактора, до температури 115135°С, одночасно нагріваючи газовий потік, що подають на очищення. Очищений діоксид вуглецю 81912 4 з температурою 80-130°С по трубопроводу подають в скрубер-охолоджувач, оснащений форсунками для розбризкування води , в які насосом подають охолоджену до 35-40°С в теплообміннику для охолодження конденсату хімочищену воду. Паровий конденсат після додаткових теплообмінників подають в ємкість для збору конденсату або в теплообмінник для охолодження конденсату оборотною водою. В пусковий період паровий конденсат також може бути використаний в системі охолодження очищеного діоксиду вуглецю в скруберіохолоджувачі. Очищений від домішок горючих газів і охолоджений до не більше, ніж до 45°С, діоксид вуглецю з тиском 0,015 - 0,025 МПа через гідрозатвор подають на перший ступінь компресору у виробництво карбаміду [Постоянный технологический регламент № 61-19-95 отделения каталитической очистки двуокиси углерода от горючих цеха производства карбаміду Одесского припортового завода, утверждённый. 7.03.1995 г.]. Далі за технологією після стиснення очищеного діоксиду вуглецю на першому ступені компресору його подають по трубопроводу для охолодження в теплообмінник, далі в сепаратор і на другий ступінь цього компресору у виробництві карбаміду. Ця установка також дозволяє одержувати діоксид вуглецю з регламентною кількістю домішок горючих газів. Вона теж розміщена перед компресором подачі очищеного діоксиду вуглецю у виробництво карбаміду, складається з меншої кількості апаратів, ніж вищезазначена установка, але теж громіздка, матеріалоємна, потребує використання пари, оборотної і хімочищеної води, підвищених витрат електроенергії, спричиняє великі капітальні витрати на її будівництво. Установку, що заявляється , розміщують після першого ступеня стиснення в компресорі неочищеного від домішок горючих газів діоксиду вуглецю, тобто уже в виробництві карбаміду. Установка, що заявляється, складається з трубопроводу для подачі неочищеного діоксиду вуглецю, з'єднаного з трубопроводом для подачі кисню, контактного апарату з паладійвміщуючим каталізатором промислового виробництва, трубопроводу , що з'єднує контактний апарат з існуючим теплообмінником, при цьому трубопровід між контактним апаратом і існуючим теплообмінником з'єднують з додатковим трубопроводом (з'єднання може бути, наприклад, фланцевим), оснащеним пристроєм для вприску конденсату з тим, щоб знизити температуру очищеного діоксиду вуглецю перед подачею його через існуючі теплообмінник і сепаратор на другий ступінь компресору . Установка, що заявляється, діє під підвищеним тиском 0,2 - 0,3МПа, компактна, складається з контактного апарату, меншого за габаритами, ніж в установці-прототипі, і трубопроводів, один з яких оснащений пристроєм для вприску конденсату , потребує меншої маси каталізатору, ніж в установці-прототипі. Установка не потребує оборотної, води і, як і вищезазначені установки, дозволяє одержувати діоксид вуглецю з регламентованою кількістю домішок горючих газів. 5 Задачею винаходу, що заявляється, є удосконалення установки каталітичної очистки діоксиду вуглецю від домішок горючих газів шляхом вибору місця розміщення установки в технологічному процесі після першого ступеня стиснення в компресорі і використання додаткового тепла стиснення неочищеного діоксиду вуглецю після першого ступеня стиснення в компресорі, що призводить до спрощення і здешевлення установки , а саме: зменшення кількості апаратів, зменшення габаритів контактного апарату , зменшення маси каталізатору в ньому, тобто зменшує капітальні витрати на будівництво такої установки та витрати на матеріали, а також дає змогу економити електроенергію, хімочищену воду і не витрачати оборотну воду, і при цьому одержувати очищений діоксид вуглецю з регламентною кількістю домішок горючих газів . Поставлена задача вирішується тим, що установку , яка складається з трубопроводу для подачі неочищеного діоксиду вуглецю в контактний апарат , з'єднаного з трубопроводом для подачі кисню, контактного апарату з паладійвміщуючим каталізатором промислового виробництва відповідно винаходу розміщують після першого ступеня стиснення неочищеного діоксиду вуглецю в компресорі, а трубопровід між контактним апаратом і теплообмінником з'єднують з додатковим трубопроводом , оснащеним пристроєм для охолодження очищеного діоксиду вуглецю. Розміщення установки , що заявляється, у виробництві карбаміду після першого ступеню стиснення неочищеного діоксиду вуглецю в компресорі, що дає змогу використати додаткове тепло стиснення для здійснення випалювання домішок горючих газів на каталізаторі , в сукупності з вирішенням проблеми зниження температури очищеного діоксиду вуглецю перед подачею його в існуючі теплообмінник, сепаратор і далі на другий ступінь компресору не є очевидним і вказує на винахідницький рівень, дає змогу суттєво спростити установку і забезпечити економію матеріалів (металу на виготовлення апаратів, каталізатору), енергоресурсів через те, що зменшена потреба в електроенергії, хімочищеній воді, не використовується оборотна вода. Крім покращення техніко-економічних показників, додатковим технічним результатом є підвищення оперативності управління процесом. Установка, що заявляється , зображена на фіг.1. Установка діє таким чином: неочищений від домішок горючих газів діоксид вуглецю, поданий на вхід першого ступеня компресору і стиснений до 0,2-0,3МПа по трубопроводу 1 подають в контактний апарат. По трубопроводу 2, з'єднаному з трубопроводом 1 , подають кисень, витрата якого регулюється автоматично. Збагачений киснем газ поступає в контактний апарат 3 на паладійвміщуючий каталізатор промислового виробництва, на якому піддають випалюванню домішки горючих газів. Температура в контактному апараті 3 при цьому підвищується, через що очищений діоксид вуглецю піддають охолодженню 81912 6 шляхом вприску конденсату через пристрій 4 у додатковому трубопроводі 5, яким оснащений трубопровід 6 , що з'єднує контактний апарат 3 з існуючим теплообмінником 7. Далі охолоджений і очищений від домішок горючих газів діоксид вуглецю по існуючому трубопроводу 8 через існуючий сепаратор 9 подають по існуючому трубопроводу 10 на вхід другого ступеню компресору 11 для подальшого стиснення очищеного діоксиду вуглецю в компресорі агрегату карбаміду. Збагачення неочищеного діоксиду вуглецю киснем може здійснюватись подачею кисню в трубопровід 1 подачі неочищеного діоксиду вуглецю як після стиснення його на першому ступені компресору (як зображено на фіг. 1), так і до стиснення. Ефективність роботи установки була випробувана на одному з промислових агрегатів виробництва карбаміду в Україні. Випробування проводили за умов підвищеної концентрації домішок горючих газів в неочищеному діоксиді вуглецю, порівняно з промисловими умовами роботи агрегату , температури перед контактним апаратом - 139 140°С, при цьому температура в зоні реакції становила 152-185°С, температура після вприску конденсату - 140 - 167°С, температура на вході газу на другий ступінь компресору - 43 - 44°С при навантаженні на агрегат по діоксиду вуглецю 115 % проектної потужності. Під час випробувань на установці досягнуто регламентних показників очистки діоксиду вуглецю від домішок горючих газів (0,00 % об. при передбачених регламентом 0,05%об.). Крім цього, використання установки, що заявляється , дозволяє , порівняно із прототипом, досягти значного зниження витрат металу на виготовлення обладнання і трубопроводів, витрат хімочищеної води , а також зниження витрат електроенергії на 6,0 кВтч/1000м3 діоксида вуглецю, каталізатору на 0,0055кГ/1000м3 діоксида вуглецю, виключення витрат оборотної води - 14,84м3/1000м3 діоксида вуглецю.