Спосіб подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду і установка для його здійснення

1. Спосіб подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду, що передбачає стискування в компресорі газоподібного діоксиду вуглецю, який надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску, охолодження його в кінцевому холодильнику, зрідження в конденсаторі за рахунок холоду тех C2 2 (19) 1 3 - стискування в компресорі газоподібного діоксиду вуглецю, що надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску; - охолодження стисного газоподібного діоксиду вуглецю в кінцевому холодильнику; - зрідження в конденсаторі за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку; - злив рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю в ізотермічну ємність; - відбір з ізотермічної ємності рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю для нагнітання його насосом від середнього до високого тиску для подачі на синтез карбаміду. Недоліками цього способу є: - підвищені витрати енергії на попереднє компримування газоподібного діоксиду вуглецю до 3 МПа в одноступінчатому компресорі; - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внаслідок відсутності вологовідділення і осушення. Відомі компресорні установки для стискування газоподібного діоксиду вуглецю від 0,1 МПа до 15 МПа перед подачею його в агрегат синтезу карбаміду (см. Справочник азотчика. В 2-ух томах. Т. 2. М.: Химия, 1969. – 444 с). Вони створюються на базі поршневих або відцентрових компресорів, але можуть бути комбінованими і використовувати компресори різних типів, наприклад, спочатку для стискування СО2 від 0,1 МПа до 3 МПа - відцентровий компресор, а потім для його остаточного стискування від 3 МПа до 15 МПа - поршневий компресор. Недоліком відомих установок є високі питомі витрати енергії на компримування СО2. При його стискуванні в одному компресорі або групі компресорів до 15 МПа ці витрати можуть досягати 0,145 кВт-год./кг СО2. Відома компресорно-насосна установка зрідження діоксиду вуглецю і подачі його з високим тиском на виробництво карбаміду (Патент України на корисну модель № 38275, МПК F25B 1/00). По технічній суті вона найбільш близька до винаходу, що заявляється, тобто може розглядатися як прототип. Прототип і установка, що заявляється, мають наступні загальні ознаки (елементи): - вуглекислотний компресор; - кінцевий холодильник; - зріджувач; - дросельний вентиль; - ізотермічна ємність; - низькотемпературні насоси для стискування рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого аміаку. Проте установка-прототип має такі самі недоліки: - підвищені витрати енергії на попереднє компримування газоподібного діоксиду вуглецю до 3 МПа в одноступінчатому компресорі; - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внаслідок відсутності вологовідділення та осушення. В основі винаходу - вирішення задачі про створення вдосконаленого способу подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду та установки для його здійснення, які забезпечують зниження питомих енерговитрат при подачі діоксиду вуглецю на 96660 4 синтез карбаміду з необхідним тиском (15 МПа) і підвищення якості діоксиду вуглецю за рахунок його осушення. Поставлена задача вирішена групою винаходів, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом, а саме способом подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду і установкою для здійснення цього способу. У першому винаході поставлена задача вирішена в способі подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду, що передбачає стискування в компресорі газоподібного діоксиду вуглецю, який надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску, охолодження його в кінцевому холодильнику, зрідження в конденсаторі за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, злив рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю в ізотермічну ємність, відбір з неї для нагнітання його насосом від середнього до високого тиску для подачі на синтез карбаміду, згідно з винаходом, стискування газоподібного діоксиду вуглецю здійснюють у двоступінчатому компресорі, охолодження його в міжступінчатому холодильнику за рахунок стисного холодного рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю, відділення краплинної вологи - у вологовіддільнику, а осушення проводять у блоці адсорбційного осушення діоксиду вуглецю, охолодження адсорберів якого здійснюють поперемінно після регенерації за рахунок холоду пари діоксиду вуглецю, який відводиться з ізотермічної ємності. У другому винаході поставлена задача вирішена в установці для подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду, що містить сполучені між собою технологічними трубопроводами подачі потоків робочих тіл, а також теплоти і холоду вуглекислотний компресор, кінцевий холодильник, зріджувач, дросельний вентиль, ізотермічну ємність і низькотемпературні насоси для стискування рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого аміаку, згідно з винаходом, вуглекислотний компресор виконаний двоступінчатим, між першим і другим ступенями якого установлені міжступінчатий холодильник, вологовіддільник і блок адсорбційного осушення діоксиду вуглецю. Досягнення поставленої задачі вирішується за допомогою способу, який реалізується в установці нового типу, і згідно з яким газоподібний СО2 стискується від 0,1 МПа до тиску 3 МПа в двоступінчатому вуглекислотному компресорі, охолодження, відділення краплинної вологи і осушення газоподібного діоксиду вуглецю здійснюються між першим і другим ступенями компресора, потім газоподібний СО2 зріджується при температурі нижче за температуру довкілля за рахунок холоду переохолодженого рідкого аміаку, виробленого в агрегаті синтезу аміаку і стисного заздалегідь до 1,5 МПа перед подачею його для остаточного стискування до тиску 15 МПа в агрегат синтезу карбаміду. Зріджений СО2 при тиску 3 МПа стискується в низькотемпературному насосі до тиску 15 МПа і подається після нагріву з віддачею холоду в установці, що заявляється, в агрегат синтезу карбаміду. Установка характеризується не лише оптимальною побудовою її технологічної схеми, але також реалізацією в ній наступних рішень: 5 - застосування для зниження питомих енерговитрат як джерело холоду рідкого аміаку, стислого заздалегідь до середнього тиску 1,5 МПа для його істотного переохолодження відносно цього тиску; - використання для подальшого зниження питомих енерговитрат на компримування газоподібного СО2 до 3 МПа двоступінчатого його стискування у вуглекислотному компресорі; - застосування для зниження питомих енерговитрат на компримування СО2 до 3 МПа проміжного охолодження СО2 після першого ступеня вуглекислотного компресора частиною холоду стисного до тиску 15 МПа рідкого діоксиду вуглецю, що дозволяє велику частину вологи, яка міститься в газоподібному СО2, виділити у вологовіддільнику, а потім її частину, що залишилася, - остаточно у блоці адсорбційного осушення діоксиду вуглецю, тим самим підвищивши якість рідкого СO2, що подається насосом на синтез карбаміду. Установка для подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду зображена на кресленні. Установка зрідження і компримування СО2 до високого тиску 2 сполучена технологічними трубопроводами подачі потоків робочих тіл, а також теплоти і холоду з агрегатом синтезу аміаку 1 та агрегатом синтезу карбаміду 3. Перший і другий виходи з агрегату синтезу аміаку 1 через установку зрідження і компримування СО2 2 сполучені з агрегатом синтезу карбаміду 3. Агрегат синтезу аміаку 1 включає насос рідкого аміаку середнього тиску 4. У складі агрегату синтезу карбаміду 3 є насос рідкого аміаку високого тиску 5. Установка зрідження і компримування СО2 до високого тиску 2 містить двоступінчатий компресор 6, сполучені між собою технологічними трубопроводами перший 7 і другий 11 ступені стискування, міжступінчатий 8 і кінцевий 12 холодильники, вологовіддільник 9, блок адсорбційного осушення діоксиду вуглецю 10, зріджувач 13, дросельний вентиль 14, ізотермічну ємність для зберігання низькотемпературного рідкого діоксиду вуглецю 15, дросельний вентиль 16 і насос 17. Робота установки організована наступним способом. До агрегату синтезу аміаку 1 подаються природний газ, водяна пара і повітря. В результаті процесів конверсії природного газу утворюється синтез-газ, який очищають від газоподібного діоксиду вуглецю за допомогою процесів абсорбції/десорбції з метою отримання азотоводневої суміші, яку направляють до агрегату синтезу аміаку 1 для його виробництва в рідкому вигляді. Рідкий аміак при температурі -33 °C стискують насосом 4 до тиску 1,5-2,0 МПа і направляють у зріджувач 13 установки зрідження і компримування СО2 до високого тиску 2. У зріджувачі 13 рідкий аміак підігрівається до температури -10 °C і подається до агрегату синтезу карбаміду 3, де насосом 5 дотискається до тиску 15 МПа, підігрівається в паропідігрівачі і надходить на синтез карбаміду. Газоподібний діоксид вуглецю з агрегату синтезу аміаку 1 подається в установку зрідження і компримування СО2 до високого тиску 2. В установці зрідження і компримування 2 діоксид вуглецю 96660 6 стискається в першому 7 і другому 11 ступенях двоступінчатого вуглекислотного компресора 6 до тиску 3 МПа. Після першого ступеня 7 двоступінчатого вуглекислотного компресора 6 газоподібний СО2 охолоджується в міжступінчатому холодильнику 8 і з нього виділяється волога у вологовіддільнику 9, потім він осушується в блоці адсорбційного осушення 10. Зрідження СО2 виробляється після другого ступеня 11 двоступінчатого вуглекислотного компресора 6 і охолодження його в кінцевому холодильнику 12 в конденсаторі 13, за рахунок холоду рідкого аміаку. Після цього рідкий низькотемпературний СО2 дроселює через вентиль 14 в ізотермічну ємність 15 і накопичується в ній. Відбираний з ізотермічної ємності 15 потік рідкого СО2 стискується насосом 17 до тиску 15 МПа і ділиться на дві частини. Одна частина потоку прямує в міжступінчатий холодильник 8 першого ступеня 7 стискування СО2, а інша - в кінцевий холодильник 12 другого ступеня стискування СО2 11 двоступінчатого вуглекислотного компресора 6. У вказаних холодильниках рідкий низькотемпературний СО2 підігрівається до температури 80 °C і далі подається в агрегат синтезу карбаміду 3 на виробництво карбаміду. Пари СО2 з ізотермічної ємності 15 прямують до блока адсорбційного осушення 10 для охолодження після регенерації поперемінно працюючих адсорберів. Після блока адсорбційного осушення 10 потік СО2, що містить вологу, дроселює через вентиль 16 в міжступінчатий холодильник 8 першого ступеня 7 стискування СО2, у якому змішується з основним потоком газоподібного СО2. В результаті охолодження газоподібного СО2 в міжступінчатому холодильнику 8 з нього випадає волога, яка відводиться у вологовіддільнику 9. Пропонований спосіб і установка подачі СО2 на синтез карбаміду має низку переваг. По-перше, газоподібний СО2 стискується тільки до 3 МПа в двоступінчатому компресорі (поршневому, гвинтовому або відцентровому). По-друге, зрідження СО2 здійснюється за рахунок використання холоду переохолодженого рідкого аміаку, який подається на виробництво карбаміду, тобто без витрат енергії на отримання холоду. По-третє, подальше стискування рідкого СО2 здійснюється в насосі до тиску синтезу карбаміду. Робота стискування насоса більш ніж на порядок нижче за роботу стискування компресора від 3 МПа до 15 МПа. Вказаний спосіб і установка подачі СО2 на синтез карбаміду, створювана на базі агрегатів синтезу аміаку і карбаміду, дозволить при нагріванні технологічного потоку рідкого холодного аміаку від -30 °C до -10 °C при тиску 1,5 МПа у кількості 30 т/год. виробити 12 т/год. рідкого діоксиду вуглецю з тиском 15 МПа. Питома витрата електроенергії на зрідження і компримування СО2 до тиску 15 МПа складе 0,085 кВт-год./кг, що виявиться нижче за витрати енергії в установці-прототипі на 35 %. При цьому буде забезпечено високу якість СО2, який подається на синтез карбаміду. Так, температура точки роси діоксиду вуглецю, який подається на синтез карбаміду, відповідатиме значенню 60 °C, замість -40 °C, як в установці-прототипі. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 96660 8 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