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 СО2-випарнику аміаку за рахунок холоду киплячого аміаку, що надходить з C2 2 UA 1 3 чної холодильної машини, для підвищення ефективності якої здійснюється переохолодження рідкого аміаку як холодагенту після її конденсатора перед дроселюванням за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, злив рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю в ізотермічну ємність і відбір з неї для нагнітання його насосом від середнього до високого тиску для подачі на синтез карбаміду. Цей спосіб вибраний як прототип. Прототип і спосіб, що заявляється, мають наступні загальні ознаки (операції): - стискування в компресорі газоподібного діоксиду вуглецю, що надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску; - охолодження стиснутого газоподібного діоксиду вуглецю в кінцевому холодильнику; - зрідження діоксиду вуглецю в конденсаторі СО2-випарнику аміаку за рахунок холоду киплячого аміаку, що надходить з компресорної аміачної холодильної машини; - переохолодження рідкого аміаку як холодагенту 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 цього способу є: - підвищені витрати енергії на попереднє компримування газоподібного діоксиду вуглецю до 2 МПа в одноступінчатому компресорі; - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внаслідок відсутності вологовідділення та осушення. Відомі компресорні установки для стискування 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.). 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 в агрегат синтезу карбаміду (Патент України на корисну модель № 38274, МПК F25B1/00). 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; 96833 4 - кінцевий холодильник; - конденсатор СО2-випарник аміаку; - ізотермічна ємність; - низькотемпературні насоси для стискування рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого аміаку; - аміачний компресор; - конденсатор аміаку; - переохолоджувач рідкого аміаку; - дросельний вентиль. Проте установка-прототип має ті ж недоліки: - підвищені витрати енергії на попереднє компримування газоподібного діоксиду вуглецю до 2 МПа в одноступінчатому компресорі; - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внаслідок відсутності вологовідділення та осушення. В основі винаходу - вирішення задачі по створенню вдосконаленого способу подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду і установки для його здійснення, які забезпечуть 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 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 СО2-випарнику аміаку за рахунок холоду киплячого аміаку,що надходить з компресорної аміачної холодильної машини, для підвищення ефективності якої здійснюється переохолодження рідкого аміаку як холодагенту після її конденсатора 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 стискування газоподібного діоксиду вуглецю здійснюють у двоступінчатому компресорі, охолодження його - у міжступінчатому холодильнику за рахунок стислого 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, 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 вуглекислотний компресор, кінцевий холодильник, конденсатор СО2-випарник аміаку, ізотермічну ємність, низькотемпературні насоси для стискування рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого 5 аміаку, аміачний компресор, конденсатор аміаку, переохолоджувач аміаку і дросельний вентиль, тим, що 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 2 МПа в двоступінчатому вуглекислотному компресорі, охолодження, відділення краплинної вологи і осушення газоподібного діоксиду вуглецю здійснюються між першим і другим ступенями компрессора, потім газоподібний СО2 зріджується в конденсаторі СО2випарнику аміаку при температурі нижче за температуру довкілля за рахунок холоду киплячого аміаку, що надходить з компресорної аміачної холодильної машини, для підвищення ефективності якої здійснюється переохолодження рідкого аміаку як холодагенту після її конденсатора перед дроселюванням за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, вироблюваного в агрегаті синтезу аміаку і стиснутого заздалегідь до 15 МПа перед подачею його для остаточного стискування до тиску 15 МПа в агрегат синтезу карбаміду. Зріджений СО2 при тиску 2 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: - застосування для зниження питомих енерговитрат на компримування газоподібного СО2 до 2 МПа двоступінчатого його стискування у вуглекислотному компресорі; - застосування для зниження питомих енерговитрат на компримування СО2 до 2 МПа проміжного охолодження СО2 після першого ступеня вуглекислотного компресора частиною холоду стиснутого до тиску 15 МПа рідкого діоксиду вуглецю, що дозволить велику частину вологи, яка міститься в газоподібному СО2, виділити у вологовіддільнику, а потім її частину, що залишилася, остаточно в блоці адсорбційного осушення діоксиду вуглецю, тим самим підвищивши якість рідкого СО2, який 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 і агрегатом синтезу карбаміду 3. Перший та другий виходи з агрегату синтезу аміаку 1 через установку зрідження і компримування СО2 2 сполучені з агрегатом синтезу карбаміду 3. Установка включає вузол компримування і осушення газоподібного СО2 6 і вузол зрідження і подачі 7 його в агрегат 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. 96833 6 Установка зрідження і компримування СО2 до високого тиску 2 містить двоступінчатий вуглекислотний компресор 8, сполучені між собою технологічними трубопроводамипершу 9 і другу 13 ступені стискування, міжступінчатий 10 і кінцевий 14 холодильники, вологовіддільник 11, блок адсорбційного осушення діоксиду вуглецю 12, конденсатор СО2-випарник аміаку 15, дросельні вентилі 16, 18 та 19, ізотермічну ємність для зберігання низькотемпературного рідкого діоксиду вуглецю 17, насос 21, аміачний компресор 23, переохолоджувач рідкого аміаку 20 і конденсатор аміаку 22. Робота установки організована наступним способом. В агрегат синтезу аміаку 1 подаються природний газ, водяна пара і повітря. В результаті процесів конверсії природного газу утворюється синтезгаз, 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 стискують насосом 4 до тиску 1,5 МПа і направляють в переохолоджувач рідкого аміаку 20 установки зрідження і компримування СО2 до високого тиску 2. У переохолоджувачі 20 рідкий аміак підігрівається до температури 10 °С і подається в агрегат синтезу карбаміду 3, де насосом 5 дотискується до тиску 15 МПа 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 стискується в першому 9 і другому 13 ступенях двоступінчатого вуглекислотного компресора 8 до тиску 2 МПа. Після першого ступеня 9 двоступінчатого вуглекислотного компресора 8 газоподібний СО2 охолоджується в міжступінчатому холодильнику 10 і з нього виділяється волога у вологовіддільнику 11, потім він осушується в блоці адсорбційного осушення 12. Зрідження СО2 виробляється після другого ступеня 13 двоступінчатого вуглекислотного компресора 8 і охолодження його в кінцевому холодильнику 14 в конденсаторі СО2випарнику аміаку 15, за рахунок холоду киплячого рідкого аміаку, циркулюючого в контурі компресорної аміачної холодильної машини. Після цього рідкий низькотемпературний СО2 дроселює через вентиль 16 в ізотермічну ємність 17 і накопичується в ній. Відібраний з ізотермічної ємності 17 потік рідкого СО2 стискується насосом 21 до тиску 15 МПа і ділиться на дві частини. Одна частина потоку прямує в міжступінчатий холодильник 10 першого ступеня 9 стискування СО2, а інша - в кінцевий холодильник 14 другого ступеня стискування СО2 13 двоступінчатого вуглекислотного компресора 8. У вказаних холодильниках рідкий низькотемпературний СО2 підігрівається до температури 80 °С і далі подається в агрегат синтезу карбаміду 3 на виробництво карбаміду. Пари СО2 з ізотермічної ємності 15 прямують в блок адсорбційного осушення 12 для охолодження після регенерації поперемінно працюючих адсорберів. Після блока адсорбційного осушення 12 потік СО2, що містить 7 вологу, дроселює через вентиль 18 в міжступінчатий холодильник 10 першого ступеня 9 стискування СО2, в якому змішується з основним потоком газоподібного СО2. В результаті охолодження газоподібного СО2 в міжступінчатому холодильнику 10 з нього випадає волога, яка відводиться у вологовіддільнику 11. Робота компресорної аміачної холодильної машини, що містить сполучені між собою аміачний компресор 23, конденсатор аміаку 22, переохолоджувач 20, дросельний вентиль 19 і конденсатор СО2-випарник аміаку 15, здійснюється наступним способом. Газоподібний аміак стискується в компресорі 23 до тиску 1,5 МПа, конденсується в конденсаторі 22, переохолоджується в переохолоджувачі 20 до температури -25 °С за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, який йде в агрегат синтезу карбаміду 3 з агрегату синтезу аміаку 1. Рідкий переохолоджений аміак як холодагент після переохолоджувача 20 дроселює через вентиль 19 у конденсатор СО2-випарник Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 96833 8 аміаку 15, в якому кипить при температурі -30 °С. Пари аміаку з конденсатора СО2-випарника аміаку 15 подаються знову на всмоктування в компресор 23, і цикл повторюється. Вказаний спосіб, а також установка подачі СО2 на синтез карбаміду, що реалізує його, 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 компримування СО2 до тиску 15 МПа складе 0,12 кВтгод./кг, що виявиться нижче за витрати енергії в установці-прототипі на 15 %. 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