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 за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, злив рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю в ізотермічну ємність, відбір із неї для C2 2 (19) 1 3 - стискання газоподібного діоксиду вуглецю, що надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску; - охолодження стисненого газоподібного діоксиду вуглецю в 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 даного способу є: - підвищення затрати енергії на попереднє стискання газоподібного діоксиду вуглецю до 3 МПа в 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 компресор, а потім для його остаточного стискання від 3 МПа до 15 МПа - поршневий компресор. Недоліком відомих установок 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 кВтгод/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 F25B1/00]. По технічній суті вона найбільш близька до винаходу, що заявляється, а тому вибрана як прототип. Прототип і установка, що заявляється, мають наступні загальні ознаки (елементи): - холодильник; - зріджувач; - дросельний вентиль; - ізотермічна ємність; - низькотемпературні насоси для стискання рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого аміаку. Проте установка-прототип має ті ж недоліки: - підвищені витрати енергії на попереднє стискання газоподібного діоксиду вуглецю до 3 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 забезпечують зниження питомих енерговитрат при подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду з необхідним тиском (15 МПа) і під 96855 4 вищення 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 стискання газоподібного діоксину вуглецю, який надходить з агрегату синтезу аміаку, до середнього тиску, охолодження його в холодильнику, зрідження в конденсаторі за рахунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, злив рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю в ізотермічну ємність, відбір із 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 абсорбційнодесорбційному вузлі установки за рахунок подачі насосом розчину абсорбенту, що містить СО2 та нагріву його парою, яка відбирається з агрегату синтезу аміаку, відокремлення краплинної вологи у вологовіддільник, 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, зріджувач, дросельний вентиль, ізотермічну ємність і низькотемпературні насоси для стискання рідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку рідкого аміаку, тим, що вона містить абсорбційно-десорбційний вузол для термохімічного стискання газоподібного діоксиду вуглецю до середнього тиску, що містить абсорбер, десорбер, рекуперативний теплообмінник, холодильник розчину і насос для циркуляції розчину абсорбенту, а після холодильника установлений 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 термохімічно стискається від 0,1 МПа до тиску 3 МПа в абсорбційно-десорбційному вузлі за рахунок використання теплової енергії пари, що відбирається із агрегату синтезу аміаку, відділення краплинної вологи і осушення газоподібного діоксиду вуглецю здійснюються після холодильника, потім газоподібний СО2 зріджується при температурі, нижче за температуру довкілля за рахунок холоду переохолодженого рідкого аміаку, вироблюваного в агрегаті синтезу аміаку і стисненого 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 стискається в низькотемпературному насосі до тиску 15 МПа і подається після нагріву з віддачею холоду в установці, що заявляється, в агрегат синтезу 5 карбаміду. Установка характеризується не лише оптимальною побудовою її технологічної схеми, але також реалізацією в ній наступних рішень: - застосування для виключення основних енерговитрат на стискання газоподібного СО2 від 0,1 до 3 МПа з використанням теплової енергії пари, який відбирається із агрегату синтезу аміаку; - застосування для зниження енерговитрат як джерела холоду рідкого аміаку, стисненого заздалегідь 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 з його попереднім термохімічним стисканням зображена на кресленні - схемі. Для зручності опису технологічного процесу на схемі зображені агрегат синтезу аміаку 1, агрегат синтезу карбаміду 3 і власно установка для подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду 2. Установка 2 включає адсорбційнодесорбційний вузол 6 для термохімічного стискання газоподібного СО2 до середнього тиску, вузол осушення СО2 7, вузол зрідження СО2 і подачі його 8 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 10, насос 11, холодильник 12, рекуперативний теплообмінник 13 і десорбер 9. Вузол для осушення СО2 7 включає в себе холодильник 14, дросельний вентиль 15, вологовіддільник 16 і блок адсорбційного осушення 17. Вузол розрідження СО2 і подачі його 8 в агрегат синтезу карбаміду 3 складається із зріджувача 18, дросельного вентиля 19, ізотермічної ємності 21 для збору рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і низькотемпературного вуглекислотного насоса 20. 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 очищують від газоподібного діоксиду вуглецю за допомогою процесів абсорбції/десорбції з метою отримання азото-водневої суміші, яку направляють в агрегат синтезу аміаку 1 для його виробництва в рідкому вигляді. 96855 6 Рідкий аміак при температурі - 33 °C стискають насосом 4 до тиску 1,5 МПа і направляють в зріджувач 18 установки для подачі діоксиду вуглецю на синтез карбаміду 2. У зріджувачі 18 рідкий аміак підігрівається до температури - 10 °C і подається в агрегат 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 абсорбційнодесорбційний вузол 6 установки 2 для його термохімічного стискання до середнього тиску. В абсорбері 10 газоподібний СО2 поглинається розчином абсорбенту. Як абсорбент використовується діізолпропаноламін. За допомогою насоса 11 насичений розчин абсорбенту під тиском 3 МПа подається в десорбер 9 через рекуперативний теплообмінник 13. У десорбері 9 за рахунок підведення теплоти водяної пари з розчину виділяється газоподібний СО2 при тиску 3 МПа. Далі газоподібний СО2, що подається через вентиль 15, змішується з потоком СО2 із абсорбційно-десорбційного вузла 6 після його термохімічного стискання і подається в холодильник 14. Волога, що сконденсувалася, відділяється у вологовіддільник 16 і далі газоподібний СО2 подається в блок адсорбційного осушення 17. Після блока адсорбційного осушення 17 діоксид вуглецю зріджується в зріджувачі 18 і через вентиль 19 подається в ізотермічну ємність 21. Рідкий низькотемпературний діоксид вуглецю з ємності 21 за допомогою насоса 20 стискається до тиску 15 МПа і подається в агрегат синтезу карбаміду 3, заздалегідь підігрівшись за рахунок віддачі холоду в холодильнику 14 до температури 80 °C. Пари СО2 з ізотермічної ємності 21 прямують в блок адсорбційного осушення 17 для регенерації поперемінно працюючих адсорберів. Після блока адсорбційного осушення 17 потік СО2, що містить вологу, надходить через вентиль 15 в холодильник 14, заздалегідь змішуючись з основним потоком газоподібного СО2, що надходить з середнім тиском з абсорбційно-десорбційного вузла 6 після попереднього термохімічного стискання. 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 °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 стискання СО2 до тиску 15 МПа складе 0,035 кВт-год./кг, що виявиться нижче за витрати енергії в установці-прототипі на 30 %. 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 °C, замість 40 °C, як в установці-прототипі. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 96855 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