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, що надходить із холодильної машини, переохолодження рідкого аміаку перед дроселюванням 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, C2 2 (19) 1 3 96854 4 Відомий спосіб подачі діоксиду вуглецю на сиПрототип і установка, що заявляється, мають нтез карбаміду, який реалізований в роботі компнаступні загальні ознаки (елементи): ресорно-насосної установки зрідження діоксиду - холодильник; вуглецю і подачі його з високим тиском на вироб- конденсатор СО2-випарник аміаку; ництво карбаміду (див. Патент України на корисну - ізотермічна ємність; модель № 38275, МПК F25B 1/00). Відомий спосіб - низькотемпературні насоси для стискання рівключає стискання в компресорі газоподібного дкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку діоксиду вуглецю, що надходить з агрегату синтерідкого аміаку; зу аміаку, до середнього тиску, охолодження його - конденсатор аміаку; в холодильнику, зрідження в конденсаторі за ра- переохолодник рідкого аміаку; хунок холоду технологічного потоку рідкого аміаку, - дросельний вентиль. злив рідкого низькотемпературного діоксиду вугПроте установка-прототип має ті ж недоліки: лецю в ізотермічну ємність і відбір з неї для нагні- підвищені витрати енергії на забезпечення тання його насосом від середнього до високого роботи компресорної аміачної холодильної машитиску для подачі на синтез карбаміду. ни; Цей спосіб вибраний як прототип. - підвищенні витрати на попереднє стискання Прототип і спосіб, що заявляється, мають нагазоподібного діоксиду вуглецю до 2 МПа в односступні загальні ознаки (операції): тупінчатому компресорі; - стискання газоподібного діоксиду вуглецю, - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внащо надходить з агрегату синтезу аміаку, до середслідок відсутності вологовідділення і осушення. нього тиску; В основі винаходу - вирішення задачі по ство- охолодження стисненого газоподібного діокренню вдосконаленого способу подачі діоксиду сиду вуглецю в холодильнику; вуглецю на синтез карбаміду з його попереднім - зрідження в конденсаторі за рахунок холоду термохімічним стисканням та установки для його технологічного потоку рідкого аміаку; здійснення, які забезпечать зниження питомих - злив рідкого низькотемпературного діоксиду енерговитрат при подачі діоксиду вуглецю на синвуглецю в ізотермічну ємність; тез карбаміду з необхідним тиском (15 МПа) і під- переохолодження рідкого аміаку як холодоавищення якості діоксиду вуглецю за рахунок його генту холодильної машини після її конденсатора осушення. перед дроселюванням за рахунок холоду технолоПоставлена задача вирішена групою винахогічного потоку рідкого аміаку; дів, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом, а - злив низькотемпературного діоксиду вуглецю саме способом подачі діоксиду вуглецю на синтез в ізотермічну ємність; карбаміду з його попереднім термохімічним стис- відбір з ізотермічної ємності рідкого низькоканням і установкою для здійснення данного спотемпературного діоксиду вуглецю для нагнітання собу. його насосом від середнього до високого тиску для У першому винаході поставлена задача виріподачі на синтез карбаміду. шена в способі подачі діоксиду вуглецю на синтез Недоліками данного способу є: карбаміду, що передбачає стискання газоподібно- підвищенні затрати енергії на попереднє стиго діоксиду вуглецю, який надходить з агрегату скання газоподібного діоксиду вуглецю до 2 МПа в синтезу аміаку, до середнього тиску, охолодження одноступінчатому компресорі; його в холодильнику, зрідження в конденсаторі - низька якість рідкого діоксиду вуглецю внаСО2-випарнику аміаку за рахунок холоду киплячослідок відсутності вологовідділення і осушення. го аміаку, що надходить з холодильної машини, Відомі компресорні установки для стискання переохолодження рідкого аміаку перед дроселюгазоподібного діоксиду вуглецю від 0,1 МПа до 15 ванням за рахунок холоду технологічного потоку МПа перед подачею його в агрегат синтезу карбарідкого аміаку, злив рідкого аміаку низькотемпераміду (див. Справочник азотчика. В 2-х томах. Т. 2. турного діоксиду вуглецю в ізотермічну ємність, М.: Химия, 1969. - 444 с.). Вони створюються на відбір із неї для нагнітання його насосом від серебазі поршневих або відцентрових компресорів, але днього до високого тиску для подачі на синтез каможуть бути комбінованими і використовувати рбаміду, тим, що попередньо здійснюють термохікомпресори різних типів, наприклад, спочатку для мічне стискання газоподібного діоксиду вуглецю в стискання СО2 від 0,1 МПа до 3 МПа - відцентроабсорбційно-десорбційному вузлі установки подачі вий компрессор, а потім для його остаточного стиСО2 на синтез карбаміду, відокремлення краплинскання від 3 МПа до 15 МПа - поршневий компреної вологи - у вологовіддільнику, осушення провосор. дять в блоці адсорбційного осушення діоксиду Недоліком відомих установок є високі питомі вуглецю, охолодження адсорберів якого здійснювитрати енергії на стискання СО2. При його стисють поперемінно після регенерації за рахунок хоканні в одному компресорі або групі компресорів лоду парів діоксиду вуглецю, що відводяться з до 15 МПа ці витрати можуть досягати 0,145 кВтізотермічної ємності, а зрідження газоподібного год./кг СО2. СО2 - в конденсаторі СО2-випарнику аміаку, за Відома компресорно-насосна установка зрідрахунок холоду, що виробляється в абсорбційній ження діоксиду вуглецю і подачі його з високим водоаміачній холодильній машині, в якій переохотиском на виробництво карбаміду (Патент України лодження рідкого аміаку, як холодоагенту, перед на корисну модель № 38275, МПК F25B1/00). По дроселюванням здійснюють за рахунок холоду технічній суті вона найбільш близька до винаходу, технологічного потоку рідкого аміаку, стисненого що заявляється, а тому вибрана як прототип. попередньо до тиску 1,5 МПа. 5 96854 6 У другому винаході поставлена задача вирі- застосування для зниження енерговитрат як шена в установці для подачі діоксиду вуглецю на джерела холоду рідкого аміаку, стисненого попесинтез карбаміду, що містить сполучені між собою редньо до середнього тиску 1,5 МПа для його істотехнологічними трубопроводами подачі потоків тного переохолодження відносно данного тиску; робочих тіл, а також теплоти і холоду холодиль- застосування вологовіддільника і блока адник, конденсатор СО2-випарник аміаку, ізотермічну сорбційного осушення діоксиду вуглецю для підємність, низькотемпературні насоси для стискання вищення якості рідкого СО2, що подається насорідкого діоксиду вуглецю і технологічного потоку сом на синтез карбаміду. рідкого аміаку, конденсатор аміаку, переохолодник Установка для подачі діоксиду вуглецю на сирідкого аміаку, дросельний вентиль, тим, що вона нтез карбаміду зображена на кресленні - схемі. містить абсорбційно-десорбційний вузол для терДля зручності опису технологічного процесу на мохімічного стискання газоподібного діоксиду вугсхемі зображені агрегат синтезу аміаку 1, агрегат лецю до середнього тиску, який містить абсорбер, синтезу карбаміду 3 і власне установка подачі діодесорбер, рекуперативний теплообмінник, холоксиду вуглецю на синтез карбаміду 2. дильник розчину і насос для циркулюючого розчиУстановка 2 включає адсорбційнону абсорбенту, у вузлі осушення після холодильдесорбційний вузол 6 для термохімічного стисканника установлений вологовіддільник і блок ня газоподібного СО2 до середнього тиску, вузол абсорбційного осушення, а абсорбційна водоаміаосушення СО2 7, вузол зрідження СО2 8 і подачі чна холодильна машина виконана у вигляді спойого в агрегат синтезу карбаміду 3 і абсорбційну лучених між собою лініями збагаченого і збідненоводоаміачну холодильну машину 29. Перший і го водоаміачних розчинів конденсатора СО2другий виходи агрегату синтезу аміаку 1 сполучені випарнику аміаку, конденсатора аміаку, рекупераз установкою подачі діоксиду вуглецю на синтез тивного теплообмінника, десорбера, абсорбера і карбаміду 2. Третій і четвертий виходи агрегату насоса для перекачування водоаміачного розчину. синтезу аміаку 1 сполучені з агрегатом синтезу Поставлена задача вирішується за допомогою карбаміду 3 через вказану установку 2. Агрегат способу, який реалізується в установці нового типу синтезу аміаку 1 включає насос рідкого аміаку сеі згідно з яким газоподібний СО2 термохімічно стиреднього тиску 4. У складі агрегату синтезу карбаскається від 0,1 МПа до тиску 2 МПа в абсорбційміду 3 є насос рідкого аміаку високого тиску 5. но-десорбційному вузлі установки за рахунок виАбсорбційно-десорбційний вузол установки 6, користання теплової енергії пару, що відбирається який забезпечує термохімічне стискання газоподііз агрегату синтезу аміаку, а відділення краплинної бного СО2 до середнього тиску, містить сполучені вологи і осушення газоподібного діоксиду вуглецю між собою абсорбер 17, насос 18, холодильник здійснюються після холодильника, потім газоподірозчину 19, рекуперативний теплообмінник 10 і бний СО2 зріджується в конденсаторі СО2десорбер 9. Вузол для осушення СО2 7 містить випарнику аміаку при температурі нижче за темхолодильник 11, дросельний вентиль 20, вологопературу оточуючого середовища за рахунок ховіддільник 12 і блок адсорбційного осушення 13. лоду киплячого аміаку, що надходить з абсорбційВузол зрідження СО2 8 і подачі його в агрегат синної холодильної машини, для підвищення тезу карбаміду 3 складається із дросельного венефективності якої здійснюється переохолодження тиля 15, ізотермічної ємності 16 для збору рідкого рідкого аміаку як холодоагенту після її конденсанизькотемпературного діоксиду вуглецю, низькотора перед дроселюванням за рахунок холоду температурного вуглекислого насосу 22. технологічного потоку рідкого аміаку, який виробАбсорбційна водоаміачна холодильна машина ляється в агрегаті синтезу аміаку і стисненого по29 виконана у вигляді сполучених між собою лініпередньо до 1,5 МПа перед подачею його для осями збагаченого і збідненого водоаміачних розчитаточного стиснення до тиску 15 МПа в агрегат нів конденсатора СО2-випарника аміаку 14, дроссинтезу карбаміду. Зріджений СО2 при тиску 2 сельного вентиля 21, переохолоджувача рідкого МПа стискається в низькотемпературному насосі аміаку 23, конденсатора аміаку 24, рекуперативнодо тиску 15 МПа і подається після нагріву з віддаго теплообмінника 25, десорбера 26, абсорбера 27 чею холоду в установці, що заявляється, в агрегат і насоса для перекачування водоаміачного розчисинтезу карбаміду. ну 28. Установка характеризується не лише оптимаРобота установки організована наступним чильною побудовою її технологічної схеми, але таном. кож реалізацією в ній наступних рішень: До агрегату синтезу аміаку І подаються приро- застосування для виключення основних енедний газ, водяна пара і повітря. В результаті прорговитрат термохімічного стискання газоподібного цесів конверсії природного газу утворюється синСО2 від 0,1 до 2 МПа з використанням теплової тез-газ, який очищують від газоподібного діоксиду енергії пари, який відбирається із агрегату синтезу вуглецю за допомогою процесів абсорбаміаку; ції/десорбції з метою отримання азотоводневої - застосування для зниження енерговитрат абсуміші, яку направляють в агрегат синтезу аміаку 1 сорбційної водоаміачної холодильної машини, в для його виробництва в рідкому вигляді. якій з метою збільшення її холодопродуктивності Рідкий аміак при температурі - 33 °С стискають переохолодження рідкого аміаку як холодоагенту насосом 4 до тиску 1,5 МПа і направляють в переперед дроселюванням здійснюється за рахунок охолодник рідкого аміаку 23 установки 2. У переохолоду технологічного потоку рідкого холодного холоднику 23 рідкий аміак підігрівається до темпеаміаку, стисненого попередньо до 1,5 МПа; ратури 10 °С і подається в агрегат синтезу 7 96854 8 карбаміду 3, де насосом 5 дотискається до тиску СО2, що надходить з середнім тиском з абсорбцій15 МПа і надходить на синтез карбаміду. но-десорбційного вузла 6 після попереднього терГазоподібний діоксид вуглецю з агрегату синмохімічного стискання. тезу аміаку 1 подається в абсорбційноРобота абсорбційної водоаміачної машини десорбційний вузол 6 установки 2 для його термоздійснюється наступним способом. хімічного стискання до середнього тиску. В абсорГазоподібний аміак прямує в абсорбер 27, де бері 17 газоподібний СО2 поглинається розчином поглинається збідненим водоаміачним розчином, абсорбенту. Як абсорбент використовується діізоякий надходить із десорбера 26 через рекуператилпропаноламін. За допомогою насоса 18 насичевний теплообмінник 25. Збагачений водоаміачний ний розчин абсорбенту під тиском 2 МПа подаєтьрозчин стискається насосом 28 до тиску 1,5 МПа і ся в десорбер 9 через рекуперативний подається із абсорбера 27 через рекуперативний теплообмінник 10. У десорбері 9 за рахунок підветеплообмінник 25 в десорбер 26. В десорбері 26 дення теплоти водяної пари з розчину виділяється за рахунок підведення теплоти у вигляді водяної газоподібний СО2 при тиску 2 МПа. Збіднений розпари із агрегата синтезу аміаку 1 відбувається вичин з десорбера 9 через рекуперативний теплооділення парів аміаку, які конденсуються в конденбмінник 10 і холодильник розчину 19 подається на саторі аміаку 24, переохолоджуються в переохозрошування абсорбера 17. Далі газоподібний СО2, лоджувачі 23 до температури - 25 °С за рахунок що подається через дросельний вентиль 20, зміхолоду технологічного потоку рідкого аміаку, що шується з потоком СО2, який виходить з десорбенадходить в агрегат синтезу карбаміду 3 із агрегара 9 абсорбційно-десорбційного вузла 6 після його ту синтезу аміаку 1. Рідкий переохолоджений аміак термохімічного стискання і подається в холодильдроселюється через вентиль 21 в конденсатор ник 11. Волога, що сконденсувалася відділяється у СО2-випарник аміаку 14, в якому кипить при темвологовіддільнику 12 і далі газоподібний СО2 попературі - 30°С. Пари аміаку із конденсатора СО2дається в блок адсорбційного осушення 13. Після випарника аміаку 14 подаються в абсорбер 27 і блока адсорбціонного осушення 13 діоксид вуглецикл повторюється. цю зріджується в конденсаторі СО2-випарнику аміВказаний спосіб, а також установка подачі СО2 аку 14 за рахунок холоду киплячого аміаку, що на синтез карбаміду, що його реалізує, створювациркулює в контурі абсорбційної водоаміачної хона на базі агрегатів синтезу аміаку і карбаміду, лодильної машини 29. Рідкий низькотемпературдозволять при нагріві технологічного потоку рідконий діоксид вуглецю із ізотермічної ємності 16 за го холодного аміаку від -30°С до 10°С при тиску допомогою низькотемпературного вуглекислого 1,5 МПа у кількості 19 т/год виробити 60 т/год ріднасосу 22 стискається до тиску 15 МПа і подається кого діоксиду вуглецю з тиском 2 МПа. Питома в агрегат карбаміду 3, попередньо підігрівшись за витрата електроенергії на зрідження і стискання рахунок віддачі холоду в холодильнику 11 до темСО2 до тиску 15 МПа складе 0,06 кВт-год/кг, що ператури 80 °С. Пари СО2 з ізотермічної ємності виявиться нижче за витрати енергії в установці16 прямують в блок адсорбційного осушення 13 прототипі на 50 %. При цьому буде забезпечено для регенерації поперемінно працюючих адсорбевисоку якість СО2, що подається на синтез карбарів. Після блока адсорбційного осушення 13 потік міду. Так, температура точки роси діоксиду вуглеСО2, що містить вологу, надходить через дросельцю, що подається на синтез карбаміду, відповіданий вентиль 20 в холодильник 11, попередньо тиме значенню -60°С, замість -40°С, як в змішуючись з основним потоком газоподібного установці-прототипі. 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 96854 Підписне 10 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