Спосіб подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду і установка для його здійснення

УКРАЇНА (19) UA (11) 97432 (13) C2 (51) МПК (2012.01) F25B 1/00 B01D 53/14 (2006.01) ДЕРЖАВНА СЛУЖБА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ УКРАЇНИ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ПОДАЧІ ДІОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ ТА АМІАКУ В АГРЕГАТ СИНТЕЗУ КАРБАМІДУ І УСТАНОВКА ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ (13) Недоліком даного способу є високі питомі витрати енергії на стискання СО2. При його стисканні в одному компресорі або групі компресорів до 15 МПа ці витрати можуть досягати 0,145 кВт*год./кг СО2. Відома компресорна установка для стискання газоподібного діоксиду вуглецю від 0,1 МПа до 15 МПа перед подачею його в агрегат синтезу карбаміду (див. Справочник азотчика. В 2-х томах. Т. 2. М.: Химия, 1969. - 444 с.). Вона створюється на базі поршневих або відцентрових компресорів, але може бути комбінованою і використовувати компресори різних типів, наприклад, спочатку для стискання СО2 від 0,1 МПа до 3 МПа - відцентровий компресор, а потім для його кінцевого стискання від 3 МПа до 15 МПа - поршневий компресор. Установка має ті ж недоліки, а саме високі питомі витрати енергії на стискання СО2. При його 97432 Винахід належить до технологічного процесу і обладнання виробництва карбаміду, зокрема до способу подачі діоксиду вуглецю (СО2) та аміаку (NH3), в агрегат синтезу карбаміду і установки для його здійснення. Відомий спосіб подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду, який реалізований при роботі компресорної установки для стискання газоподібного діоксиду вуглецю від 0,1 МПа до 15 МПа перед подачею його в агрегат синтезу карбаміду (див. Справочник азотчика. В 2-х томах. Т. 2. - М.: Химия, 1969. - 444 с.). Відомий спосіб включає стискання у відцентровому компресорі газоподібного діоксиду вуглецю, який надходить із агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску, його охолодження і подальше стискання в поршневому компресорі до остаточного високого тиску 15 МПа. (11) міачний розчин подають в абсорбери, в яких здійснюють поглинання діоксиду вуглецю, попередньо охолодженого рідким аміаком, і одержують розчин вуглеамонійних сполук, який стискають до високого тиску і подають в агрегат синтезу карбаміду. 2. Установка подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду, що включає сполучені між собою технологічними трубопроводами вузол охолодження діоксиду вуглецю і нагрівання аміаку, вузол одержання водоаміачного розчину, вузол одержання вуглеамонійних сполук і вузол збору та подачі вуглеамонійних сполук в агрегат синтезу карбаміду, при цьому вузол охолодження діоксиду вуглецю і нагрівання аміаку містить водяний скрубер, насос і холодильник, вузол одержання водоаміачного розчину містить ємність для приготування водоаміачного розчину і насос, вузол отримання вуглеамонійних сполук містить абсорбери, холодильники, вентилятор і насоси, а до складу вузла збору і подачі вуглеамонійних сполук входять ємність для збору вуглеамонійних сполук і насос. UA (21) a201008845 (22) 16.07.2010 (24) 10.02.2012 (46) 10.02.2012, Бюл.№ 3, 2012 р. (72) ЛАВРЕНЧЕНКО ГЕОРГІЙ КОСТЯНТИНОВИЧ, ФЕДЧУН ОЛЕКСАНДР ЮРІЙОВИЧ, КОПИТІН ОЛЕКСІЙ ВАЛЕРІЙОВИЧ (73) ЛАВРЕНЧЕНКО ГЕОРГІЙ КОСТЯНТИНОВИЧ, ФЕДЧУН ОЛЕКСАНДР ЮРІЙОВИЧ, КОПИТІН ОЛЕКСІЙ ВАЛЕРІЙОВИЧ (56) GB 1586624 A; 25.03.1981 US 4012443 A; 15.03.1977 US 4320103 A; 16.03.1982 US 4013718 A; 22.03.1977 GB 981265 A; 20.01.1965 US 4988491 A; 29.01.1991 UA 38273 U; 25.12.2008 US 6914157 B2; 05.07.2005 (57) 1. Спосіб подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду, відповідно до якого рідкий аміак нагрівають з одночасним охолодженням газоподібного діоксиду вуглецю, а далі нагрітий аміак розчиняють у воді та отриманий водоа C2 2 (19) 1 3 стисканні в одному компресорі або групі компресорів до 15 МПа ці витрати можуть досягати 0, 145 кВт*год./кг СО2. Проте вказані спосіб і установка призначені для стискання і подачі на синтез карбаміду тільки діоксиду вуглецю, а не сумісно СО2 і NH3. При цьому описані як спосіб, так і установка вирішують поставлену задачу іншим шляхом, а тому не можуть бути вибрані за прототип. В основу винаходу поставлена задача - створення принципово нового способу подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду і установки для його здійснення, які забезпечують зниження питомих витрат при подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду з необхідним тиском (15 МПа). Поставлена задача вирішена групою винаходів, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом, а саме способом подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду і установкою для здійснення цього способу. В першому винаході поставлена задача вирішена способом подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду, відповідно до якого рідкий аміак нагрівають з одночасним охолодженням газоподібного діоксиду вуглецю, а далі нагрітий аміак розчиняють у воді та отриманий водоаміачний розчин подають в абсорбери, в яких здійснюють поглинання діоксиду вуглецю, попередньо охолодженого рідким аміаком, і одержують розчин вуглеамонійних сполук, який стискають до високого тиску і подають в агрегат синтезу карбаміду. У другому винаході поставлена задача вирішена в установці подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду, що включає сполучені між собою технологічними трубопроводами вузол охолодження діоксиду вуглецю і нагрівання аміаку, вузол одержання водоаміачного розчину, вузол одержання вуглеамонійних сполук і вузол збору та подачі вуглеамонійних сполук в агрегат синтезу карбаміду, при цьому вузол охолодження діоксиду вуглецю і нагрівання аміаку містить водяний скрубер, насос і холодильник, вузол одержання водоаміачного розчину містить ємність для приготування водоаміачного розчину і насос, вузол отримання вуглеамонійних сполук містить абсорбери, холодильники, вентилятор і насоси, а до складу вузла збору і подачі вуглеамонійних сполук входять ємність для збору вуглеамонійних сполук і насос. Установка характеризується не тільки оптимальною побудовою її технологічної схеми, але також реалізацією в ній наступних рішень: - корисним використанням холоду технологічного потоку рідкого аміаку для охолодження розчину абсорбенту і води, які циркулюють в абсорберах і скрубері, відповідно; - використанням технологічного потоку рідкого аміаку як компоненту для створення водоаміачного розчину, який бере участь в процесах поглинання газоподібного СО2 в абсорберах; - відсутністю витрати енергії на стискання технологічного потоку рідкого аміаку в насосі до тиску 15 МПа; 97432 4 - відсутністю витрати енергії на стискання газоподібного діоксиду вуглецю в компресорах до тиску 15 МПа; - подачею одного продукту в агрегат синтезу карбаміду, а саме - насиченого розчину вуглеамонійних сполук насосом. Установка подачі діоксиду вуглецю та аміаку в агрегат синтезу карбаміду зображена на кресленні. Для зручності опису технологічного процесу на схемі зображені агрегат синтезу аміаку 1, агрегат синтезу карбаміду 3 і установка подачі діоксиду вуглецю та аміаку 2, що заявляється. Перший і другий виходи агрегату синтезу аміаку 1 сполучені з установкою подачі діоксиду вуглецю та аміаку 2. Один вихід установки подачі діоксиду вуглецю і аміаку 2 сполучені з агрегатом синтезу карбаміду 3. Агрегат синтезу аміаку містить насос 4 рідкого аміаку середнього тиску. Установка подачі діоксиду вуглецю та аміаку 2 містить вузол охолодження діоксиду вуглецю І, вузол для одержання водоаміачного розчину II, вузол одержання вуглеамонійних сполук III та вузол збору і подачі вуглеамонійних сполук IV в агрегат синтезу карбаміду 3. Вузол охолодження діоксиду вуглецю і нагрівання аміаку І включає водяний скрубер 5, насос 12 і холодильник 13. Вузол одержання водоаміачного розчину ІІ включає ємність для приготування водоаміачного розчину 14 і насос 16. Вузол одержання вуглеамонійних сполук ІІІ містить абсорбери 6, 9, холодильник 7, вентилятор 8, холодильник 10 і насоси 11, 15. Вузол збору і подачі вуглеамонійних сполук ІІІ в агрегат синтезу карбаміду 3 включає ємність для збору вуглеамонійних сполук 17 і насос 18. Робота установки організована наступним чином. В агрегат синтезу аміаку 1 подається природний газ, водяна пара і повітря. В результаті процесів конверсії природного газу утворюється синтезгаз, який очищають від газоподібного діоксиду вуглецю за допомогою процесів абсорбції/десорбції з метою одержання азотводневої суміші, яку направляють до агрегату синтезу для виробництва рідкого аміаку. Рідкий аміак при температурі -33 °C стискають насосом 4 до тиску 1,5-2,0 МПа і направляють послідовно в холодильники 10, 7 і 13 установки подачі діоксиду вуглецю та аміаку 2. В холодильниках 10, 7, 13 рідкий аміак підігрівається до температури 10 °C і подається в ємність 14 для приготування водоаміачного розчину із вмістом аміаку 42 мас. %. Із ємності 14 водоаміачний розчин подається за допомогою насоса 16 в абсорбери 6 і 9, де насосами 15 і 11 забезпечується його циркуляція через холодильники 7 і 10, відповідно. В результаті поглинання СО2 водоаміачним розчином утворюються розчини вуглеамонійних сполук, які частково виводяться із абсорберів 6 і 9 після насосів 15 і 11 в ємність для подальшого збору вуглеамонійних сполук для подальшого його стис 5 кання в насосі 18 і подачі на виробництво карбаміду в агрегат синтезу карбаміду 3. Одночасно з подачею рідкого аміаку в установку 2 подається газоподібний діоксид вуглецю. В установці 2 діоксид вуглецю послідовно проходить водяний скрубер 5, в якому охолоджується холодною водою, яка циркулює за допомогою насоса 12, і два абсорбери 6 і 9. У вказаних абсорберах відбувається поглинання газоподібного СО2 водоаміачним розчином. Газоподібний СО2, який не прореагував в хімічній реакції абсорбції з Комп’ютерна верстка А.Рябко 97432 6 водоаміачним розчином, із абсорбера 9 за допомогою напірного вентилятора 8 подається знову на вхід у водяний скрубер 5. Таким чином організовується двоступенева абсорбція газоподібного СО2 для повного перетворення його у вуглеамонійні сполуки. Питома витрата електроенергії на виробництво і подачу насиченого розчину вуглеамонійних сполук в агрегат синтезу аміаку складе 0,03 кВт*год./кг. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601