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

1. Спосіб подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду, що передбачає стискання газоподібного діоксиду вуглецю, який надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску, охолодження його в холодильнику, зрідження в конденсаторі СО2-випарнику аміаку за рахунок холоду киплячого аміаку, який надходить з компресорної аміачної холодильної машини, переохолодження рідкого аміаку перед дроселюванням за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, злив рідкого C2 2 (19) 1 3 днього до високого тиску для подачі на синтез карбаміду. Цей спосіб вибраний як прототип. Прототип і спосіб, що заявляється, мають наступні спільні ознаки (операції): - стискання газоподібного діоксиду вуглецю, що надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску; - охолодження стисненого газоподібного діоксиду вуглецю в холодильнику; - зрідження діоксиду вуглецю в конденсаторі СО2-випарнику аміаку за рахунок холоду киплячого аміаку, що надходить із компресорної аміачної холодильної машини; - переохолодження рідкого аміаку як холодоагенту компресорної аміачної холодильної машини після її конденсатора перед дроселюванням 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 данного способу є: - підвищенні затрати енергії на попереднє стискання газоподібного діоксиду вуглецю до 2 МПа в одноступінчатому компресорі; - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внаслідок відсутності вологовідділення і осушення. Відомі компресорні 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-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 стискання СО2 від 0,1 МПа до 3 МПа - відцентровий компрессор, а потім для його остаточного стискання від 3 МПа до 15 МПа - поршневий компресор. Недоліком відомих установок є високі питомі затрати енергії на стискання СО2. При його стисканні в одному компресорі або групі компресорів до 15 МПа ці витрати можуть досягати 0,145 кВтгод/кг СО2. Відома компресорно-насосна установка зрідження діоксиду вуглецю і подачі його з високим тиском в агрегат синтезу карбаміду (патент України на корисну модель № 38274, МПК F25B1/00). По технічній суті вона найбільш близька до винаходу, що заявляється, а тому вибрана як прототип. Прототип і установка, що заявляється, мають наступні спільні ознаки (елементи): - холодильник; - конденсатор СО2-випарник аміаку; - ізотермічна ємність; - низькотемпературні насоси для стискання рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого аміаку; - аміачний компресор; - конденсатор аміаку; - переохолодник рідкого аміаку; 96683 4 - дросельний вентиль. Проте установка-прототип має ті ж недоліки: - підвищені затрати енергії на попереднє стискання газоподібного діоксиду вуглецю до 2 МПа в компресорі; - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внаслідок відсутності вологовідділення і осушення. В основі винаходу - вирішення задачі по створенню вдосконаленого способу подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду з його попереднім термохімічним стисканням та установки для його здійснення, які забезпечать зниження питомих енерговитрат при подачі діоксиду вуглецю на 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 з його попереднім термохімічним стисканням і установкою для здійснення цього способу. У першому винаході поставлена задача, вирішена в способі подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду, що передбачає стискання газоподібного діоксиду вуглецю, який надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску, охолодження його в холодильнику, зрідження в конденсаторі СО2-випарнику аміаку за рахунок холоду киплячого аміаку, що надходить із компресорної аміачної холодильної машини, переохолодження рідкого аміаку перед дроселюванням 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, тим, що попередньо здійснюють термохімічне стискання газоподібного діоксиду вуглецю у абсорбційно-десорбційному вузлі, відокремлення краплинної вологи - у вологовіддільнику, а осушення проводять в блоці адсорбційного осушення діоксиду вуглецю, охолодження адсорберів якого здійснюють поперемінно після регенерації за рахунок холоду пари діоксиду вуглецю, що 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, холодильник, конденсатор СО2-випарник аміаку, ізотермічну ємність, низькотемпературні насоси для стискання рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого аміаку, аміачний компрессор, конденсатор аміаку, переохолодник рідкого аміаку і дросельний вентиль, тим, що вона містить абсорбційнодесорбційний вузол для термохімічного стискання газоподібного діоксиду вуглецю, до складу якого входять абсорбер, десорбер, рекуперативний теплообмінник, холодильник розчину і насос для циркулюючого розчину абсорбенту, а у вузлі осушення після холодильника установлений вологовіддільник і блок абсорбційного осушення діоксиду вуглецю. 5 Досягнення поставленої задачі вирішується за допомогою способу, який реалізується в установці нового типу і згідно з яким газоподібний СО2 термохімічно стискається від 0,1 МПа до тиску 2 МПа в абсорбційно-десорбційному вузлі установки за рахунок використання теплової енергії пари, що відбирається з агрегату синтезу аміаку, відділення краплинної вологи і осушення газоподібного діоксиду вуглецю здійснюються після холодильника, потім газоподібний СО2 зріджується в конденсаторі СО2-випарнику аміаку при температурі нижче за температуру довкілля за рахунок холоду киплячого аміаку, що надходить із компресорної аміачної холодильної машини, для підвищення ефективності якої здійснюється переохолодження рідкого аміаку як холодоагенту після її конденсатора перед дроселюванням за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, вироблюваного в агрегаті синтезу аміаку і стисненого заздалегідь до 1,5 МПа перед подачею його для остаточного стискання до тиску 15 МПа в агрегат синтезу карбаміду. Зріджений СО2 при тиску 2 МПа стискається 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: - застосування для виключення основних енерговитрат термохімічного стискання газоподібного СО2 від 0,1 до 2 МПа з використанням теплової енергії пари, яка відбирається із агрегату синтезу аміаку; - застосування для зниження енерговитрат як джерело холоду рідкого аміаку, стисненого попередньо до середнього тиску 1,5 МПа для його істотного переохолодження відносно даного тиску; - застосування вологовіддільника і блока адсорбційного осушення діоксиду вуглецю для підвищення якості рідкого СО2, що подається насосом на синтез карбаміду. Установка для подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду зображена на кресленні. Для зручності опису технологічного процессу на схемі зображені агрегат синтезу аміаку 1, агрегат синтезу карбаміду 3 і установка подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду 2, що заявляється. Установка подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду 2 включає адсорбційно-десорбційний вузол 6 для термохімічного стискання газоподібного СО2 до середнього тиску, вузол осушення СО2 7, вузол зрідження СО2 8 і подачі його в агрегат синтезу карбаміду 3. Перший вихід агрегату синтезу аміаку 1 сполучений з установкою подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду 2. Другий і третій виходи агрегату синтезу аміаку 1 сполучені з агрегатом синтезу карбаміду 3 через вказану установку 2. Агрегат синтезу аміаку 1 включає насос рідкого аміаку середнього тиску 4. У складі агрегату синтезу карбаміду 3 є насос рідкого аміаку високого тиску 5. Абсорбційно-десорбційний вузол установки 6, який забезпечує термохімічне стискання газоподібного СО2 до середнього тиску, містить сполучені між собою абсорбер 17, насос 18, холодильник 19, 96683 6 рекуперативний теплообмінник 10 і десорбер 9. Вузол для осушення СО2 7 включає в себе холодильник 11, дросельний вентиль 20, вологовіддільник 12 і блок адсорбційного осушення 13. Вузол зрідження СО2 8 і подачі його в агрегат синтезу карбаміду 3 включає дросельний вентиль 15, ізотермічну ємність 16, насос 23 і компресорну аміачну холодильну машину 26. Компресорна аміачна холодильна машина 26 включає сполучені між собою конденсатор СО2випарник аміаку 14, дросельний вентиль 21, переохолодник 22, конденсатор аміаку 24 і аміачний компресор 25. Робота установки здійснюється наступним способом. До агрегату синтезу аміаку 1 подаються природний газ, водяна пара і повітря. В результаті процесів конверсії природного газу утворюється синтез-газ, який очищують від газоподібного діоксиду вуглецю за допомогою процесів абсорбції/десорбції з метою отримання азотоводневої суміші, яку направляють в агрегат синтезу аміаку 1 для його виробництва в рідкому вигляді. Рідкий аміак при температурі – 33 °С стискають насосом 4 до тиску 1,5 МПа і направляють в переохолодник рідкого аміаку 22 установки зрідження і стискання СО2 до високого тиску 2. У переохолоднику 22 рідкий аміак підігрівається до температури 10 °С і подається в агрегат синтезу карбаміду 3, де насосом 5 дотискається до тиску 15 МПа і надходить на синтез карбаміду. Газоподібний діоксид вуглецю з агрегату синтезу аміаку 1 подається в абсорбційнодесорбційний вузол 6 установки 2 для його термохімічного стискання до середнього тиску. В абсорбері 17 газоподібний СО2 поглинається розчином абсорбенту. Як абсорбент використовується діізолпропаноламін. За допомогою насоса 18 насичений розчин абсорбенту під тиском 2 МПа подається в десорбер 9 через рекуперативний теплообмінник 10. У десорбері 9 за рахунок підведення теплоти водяної пари з розчину виділяється газоподібний СО2 при тиску 2 МПа. Далі газоподібний СО2, що подається через дросельний вентиль 20, змішується з потоком СО2 із абсорбційнодесорбційного вузла 6 після його термохімічного стискання і подається в холодильник 11. Волога, що сконденсувалася, відділяється у вологовіддільнику 12 і далі газоподібний СО2 подається в блок адсорбційного осушення 13. Після блока адсорбційного осушення 13 діоксид вуглецю зріджується в конденсаторі СО2-випарнику аміаку 14 за рахунок холоду киплячого рідкого аміаку, що циркулює в контурі компресорної аміачної холодильної машини 26. Рідкий низькотемпературний діоксид вуглецю з ізотермічної ємності 16 за допомогою насоса 23 стискається до тиску 15 МПа і подається в агрегат синтезу карбаміду 3, попередньо підігрівшись за рахунок віддачі холоду в холодильнику 11 до температури 80 °С. Пари СО2 з ізотермічної ємності 16 прямують в блок адсорбційного осушення 13 для регенерації поперемінно працюючих адсорберів. Після блока адсорбційного осушення 13 потік СО2, що містить вологу, надходить через вентиль 20 в холодильник 11, попере 7 дньо змішуючись з основним потоком газоподібного СО2, що надходить з середнім тиском з абсорбційно-десорбційного вузла 6 після попереднього термохімічного стискання. Робота компресорної аміачної холодильної машини 26, здійснюється наступним чином. Газоподібний аміак стискається в компресорі 25 до тиску 1,5 МПа, конденсується в конденсаторі 24, переохолоджується в переохолоднику 22 до температури -25 °С за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, що надходить в агрегат синтезу карбаміду 3 з агрегату синтезу аміаку 1. Рідкий переохолоджений аміак як холодоагент після переохолодника 22 дроселюється через вентиль 21 в конденсатор СО2-випарник аміаку 14, в якому кипить при температурі -30 °С. Пари аміаку з конденсатора СО2-випарника аміаку 14 подають Комп’ютерна верстка В. Мацело 96683 8 ся знову на всмоктування в аміачний компрессор 25, і цикл повторюється. Вказаний спосіб і установка подачі СО2 на синтез карбаміду з його попереднім термохімічним стисканням, створювана на базі агрегатів синтезу аміаку і карбаміду, дозволять при нагріві технологічного потоку рідкого холодного аміаку від -30°С до 10°С при тиску 1,5 МПа у кількості 19 т/год виробити 60 т/год рідкого діоксиду вуглецю з тиском 2 МПа. Питома витрата електроенергії на зрідження і стискання СО2 до тиску 15 МПа складе 0,06 кВт-год/кг, що виявиться нижче за витрати енергії в установці-прототипі на 50 %. При цьому буде забезпечено високу якість СО2, що подається на синтез карбаміду. Так, температура точки роси діоксиду вуглецю, що подається на синтез карбаміду, відповідатиме значенню -60 °С, замість -40 °С, як в установці-прототипі. 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