Конденсатор карбамату та спосіб його модернізації

1. Конденсатор карбамату заглибного типу в установках для одержання синтезованої сечовини, який має по суті циліндричний корпус, протилежні кінці якого закриті відповідно верхнім і нижнім днищами, які разом з корпусом утворюють у конденсаторі середню, верхню і нижню частини, трубний пучок, який призначений для конденсації газоподібних сполук і який розташований у середній частині конденсатора, сполучається з його верхньою і нижньою частиною і складається з верхніх трубних ґрат, нижніх трубних ґрат і багатьох закріплених у них трубок, трубу, яка розташована в нижній частині конденсатора під трубним пучком і призначена для подачі в конденсатор газоподібних сполук, які підлягають конденсації, і вихідні отвори, які розташовані у верхній частині конденсатора і призначені для відбору з конденсатора газоподібних сполук, які відповідно не скондесувалися і скондесувалися, який відрізняється тим, що має циркуляційну трубу, призначену для циркуляції в замкнутому контурі конденсатора частини газоподібних сполук, що скондесувалися в ньому, яка виконана конструктивно окремо від трубного пучка і вихідних отворів, при цьому один кінець циркуляційної труби розташований вище верхніх трубних 2 (19) 1 Даний винахід стосується конденсатора карбамату так званого заглибного типу, який використовується на установці для одержання синтезованої сечовини з газоподібного діоксиду вуглецю і рідкого аміаку. Використовувані для одержання сечовини вихідні реагенти, тобто діоксид вуглецю й аміак, подають після часткової конденсації й утворення карбамату в реактор синтезу, у якому відбувається практично повна конденсація карбамату, який використовується як проміжний продукт синтезу. У самому реакторі через хімічний баланс конверсії, яка відбувається в ньому, лише частина карбамату перетворюється в сечовину. Іншу частину карбамату разом з аміаком, який не вступив в реакцію, відбирають з реактора і принаймні частково шляхом випарювання, наприклад за допомогою СО2, виділяють із продукту реакції у вигляді газоподібного аміаку і діоксиду вуглецю добре відомими способами. Газоподібний аміак і діоксид вуглецю потім частково конденсують з одержанням рідкого карбамату, який повертають назад у реактор синтезу. Відомо, що на установці для одержання сечовини необхідно шляхом конденсації конвертувати в карбамат частину вихідних реагентів і проміжних продуктів, які не конвертуються в сечовину в реакторі синтезу і виділяються з отриманого в реакторі продукту у вигляді газоподібного аміаку і діоксиду вуглецю. Для цього [в заявці ЕР-А 1036787] був запропонований конденсатор так званого заглибного типу, який містить циліндричний корпус з розташованим у ньому пучком прямих теплообмінних трубок, які охолоджуються відповідним охолодником. У трубному пучку відбувається конденсація аміаку і діоксиду вуглецю з утворенням карбамату. Крім цілого ряду переваг запропонований у цій заявці конденсатор має і певний, дуже істотній і докладно розглянутий нижче недолік. У трубному пучку такого конденсатора тільки певна частина, хоча і більша, використовується для перетворення в карбамат газоподібних сполук, які протікають через трубки знизу нагору. Іншу частину трубок трубного пучка доводиться замість цього використовувати для рециркуляції частини газоподібних сполук, які скондесувалися, з верхньої зони пучка в його нижню зону. Мета цього полягає в створенні в конденсаторі умов для природної циркуляції рідкої фази і підвищення його коефіцієнта теплообміну. Очевидно, що при певному розмірі трубного пучка наявність у ньому трубок, які не беруть участь у процесі конденсації, певним чином обмежує вихід конденсатора. В основу даного винаходу була покладена задача розробити високоефективний конденсатор, який у порівнянні з відомими конденсаторами з таким же за розмірами трубним пучком мав би істотно більший вихід газоподібних сполук. Ця задача вирішується за допомогою запропонованого у винаході конденсатора карбамату заглибного типу для установок для одержання синтезованої сечовини, який має по суті циліндричний корпус, протилежні кінці якого закриті відповідно верхнім і нижнім днищами, які разом з корпусом утворюють у конденсаторі середню, верхню і нижню частини, і пучок призначених для конденсації газоподібних сполук трубок, розташованих у середній частині конденсатора і сполучених з його верхньою і нижньою частиною, і який відрізняється наявністю виконаної конструктивно окремо від трубного пучка і сполученої з верхньою частиною конденсатора і його нижньою частиною труби, призначеної для циркуляції в замкнутому контурі конденсатора частини газоподібних сполук, які скондесувалися. Газоподібні сполуки NH3 і СО2, які надходять у конденсатор з розташованого за реактором синтезу випарника і повинні бути сконденсовані в конденсаторі, а також потік карбамату у водному розчині, який надходить у конденсатор із секції виділення сечовини, і за певних умов розчин, який містить сечовину, що надходить у конденсатор з реактора синтезу, і рідкий вихідний аміак, переважно подавати в нижню частину конденсатора через призначені для цього отвори, виконані в нижньому днищі конденсатора. Газоподібні сполуки, які скондесувалися, навпаки, переважно відбирати з верхньої частини конденсатора принаймні через один отвір, який сполучається з верхньою частиною конденсатора і виконаний в його верхньому днищі. Запропоноване у винаході рішення дозволяє використовувати весь трубний пучок для конденсації газоподібних сполук, які подаються у конденсатор. Наявність у запропонованому конденсаторі окремої труби, яка конструктивно не зв'язана з пучком конденсаційних трубок і яка сполучається з верхньою і нижньою частиною конденсатора, забезпечує можливість циркуляції карбамату в обхід пучка конденсаційних трубок. Використання в запропонованому у винаході конденсаторі всіх трубок пучка як конденсаційних дозволяє в порівнянні зі звичайними конденсаторами з таким же за розмірами трубним пучком істотно збільшити вихід карбамату, який одержується в результаті конденсації. Інші відмінні риси і переваги даного винаходу більш докладно розглянуті в нижче описі на прикладі одного з варіантів його можливого здійснення, що не обмежує обсяг винаходу, з посиланнями на додані креслення. На доданих до опису кресленнях, зокрема, показано: на Фіг.1 - схема запропонованого у винаході конденсатора в поздовжньому розрізі, на Фіг.2 - схема запропонованого у винаході конденсатора в поздовжньому розрізі, виконаного за іншим варіантом, і на Фіг.3 - схема запропонованого у винаході конденсатора в поздовжньому розрізі, виконаного ще за одним варіантом. Запропонований у даному винаході конденса 5 75378 6 тор, позначений на Фіг.1 позицією 1, має циліндцю з розчину сечовини, що надходить у нього з ричний корпус 2, протилежні кінці якого закриті реактора синтезу. Пари, які подаються в конденсавідповідно верхнім і нижнім днищами 3 і 4. У кортор по згаданій вище першій підвідній трубі 16, пусі 2 розташований пучок 5 трубок певного розмірозподіляються в розташованій у нижній частині ру, тобто який складається з певної кількості пря11 поруч з нижніми кінцями конденсаційних трубок мих трубок 6, які мають певну довжину і діаметр, 6 пучка 5 у газорозподільній камері 18. протилежні кінці яких закріплені у верхній і нижній У розташованій у нижній частині 11 конденсатрубних ґратах 7 і 8 відповідно. Трубні ґрати 7 і 8 тора газорозподільній камері вказані газоподібні відокремлюють корпус 2, який визначає розміри сполуки змішуються з водним розчином, який вже середньої частини 9 конденсатора, від верхнього, і знаходиться в цій частині конденсатора. нижнього днища 3 і 4, які відповідно визначають Перемішані з водним розчином газоподібні розміри верхньої і нижньої частини 10 і 11 конденсполуки з нижньої частини 11 конденсатора попасатора. дають у прямі трубки 6 трубного пучка 5. Верхня і нижня частина 10 і 11 конденсатора Всередині трубок 6 аміак, діоксид вуглецю і сполучаються між собою через прямі трубки 6 трувода конденсуються й у результаті взаємодії аміабного пучка 5. ку з діоксидом вуглецю утворюється карбамат. Необхідно відзначити, що конденсаційні трубВсередині конденсатора 1 карбамат, який ки пучка 5 охолоджуються відповідним охолодниутворюється в трубках у результаті взаємодії аміаком, наприклад водою, яка протікає (всередині ку з діоксидом вуглецю, змішується з карбаматом, корпуса) у міжтрубному просторі пучка 5 і подаєтьякий знаходиться у водному розчині, з одержанся і виводиться з конденсатора через відповідні ням на виході з трубок 6 одного загального розчиотвори і звичайні сполучні пристрої, які на кресну карбамату, у якому також може міститися сечоленні не показані. вина. У верхній частині 10 конденсатора розташоваРозчин карбамату збирається у верхній частиний перший отвір 12 для виходу газу, виконаний у ні 10 конденсатора, і його перша частина повертаверхньому днищі 3, і другий отвір 13, виконаний в ється по трубі 19 назад у нижню частину 11, а друбічній частині верхнього днища конденсатора. га частина виходить з конденсатора 1 через отвір У верхній частині 10 конденсатора поруч із 13 у кількості, яку можна регулювати переливним другим отвором 13 розташований переливний пристроєм 14. Частину розчину карбамату, яка пристрій 14, схематично зображений у вигляді виходить з конденсатора 1 через отвір 13, подаперегородки. ють у реактор синтезу, у якому в результаті реакції У нижній частині 11 конденсатора розташовасинтезу із карбамату, який міститься в розчині, й ний перший отвір 15, через який проходить перша аміаку утворюється сечовина. з'єднана з днищем підвідна труба, 16, яка, як доНеобхідно відзначити, що наявність у запрокладно описано нижче, призначена для подачі в понованому у винаході конденсаторі труби 19 повконденсатор газів, які підлягають конденсації. ністю забезпечує необхідну циркуляцію по замкнуВільний кінець 17 першої труби 16 розташоватому контурі конденсатора 1 водного розчину ний всередині газорозподільної камери 18, закріпкарбамату, який безперервно повертається з верленої звичайним способом всередині нижньої часхньої частини 10 конденсатора в його нижню частини 11 конденсатора. тину 11. Запропонований у даному винаході конденсаПри наявності в конденсаторі такого контуру тор має трубу 19, яка розташована поза корпусом циркуляції прямі трубки 6 трубного пучка постійно 2 конденсатора і через отвори 20 і 21 з'єднується повністю заповнені тією самою кількістю розчину. відповідно одним кінцем з верхньою частиною 10 Крім того, наявність у конденсаторі такої циркуляконденсатора, а іншим кінцем - з його нижньою ційної труби дозволяє підтримувати на оптимальчастиною 11. ному рівні швидкість потоку в постійно заповнених Труба 19 конструктивно не зв'язана з трубним однією і тією ж кількістю рідини трубках 6 пучка з пучком 5 і з'єднується з другим підвідним трубопусіма перевагами, які звідси випливають, пов'язароводом 22. ними з ефективністю охолодження рідини охолодНижче з посиланням на описані вище кресником, який обтікає трубки 6 зовні, і ефективністю лення розглянуті основні особливості роботи запроцесу конденсації газоподібних сполук, який пропонованого у винаході конденсатора. На цьому відбувається в трубках. кресленні (а також на інших кресленнях) потік гаЧастина водного розчину, який протікає через зоподібної фази в конденсаторі 1 позначений як конденсатор 1, надходить у нього у вигляді водноFg, а потік рідкої фази позначений як Fl. го розчину карбамату із секції виділення сечовини Запропонований у винаході конденсатор умо(на кресленні не показана) і водного розчину, який вно зображений на Фіг.1 під час роботи в норманадходить у нього з реактора синтезу і можливо льному режимі, коли він повністю заповнений водмістить речовини, які не вступили в реакторі у взаним розчином карбамату, аміаку і необов'язково ємодію, і вихідний рідкий аміак. Цю частину водносечовини, і сумішшю, яка містить аміак, діоксид го розчину подають у нижню частину 11 корпуса 2 вуглецю і воду у вигляді пари. конденсатора по трубопроводу 22, кінець якого Ці речовини подають у конденсатор у паровій врізаний у трубу 19, і в цій трубі змішують з водфазі з розташованого за реактором синтезу (на ним розчином, який циркулює у замкнутому контурі кресленні не показаний) випарника (на кресленні конденсатора. Таке рішення виключає необхідне показаний), який призначений для розкладання ність виконання в нижньому днищі 4 конденсатора карбамату і випарювання аміаку і діоксиду вугле1 яких-небудь додаткових отворів. 7 75378 8 Водний розчин, який надходить у нижню часСлід зазначити, що всі газоподібні речовини, тину 11 конденсатора 1, змішується з газоподібякі збираються в ємності 27, виводяться з конденними сполуками, які виходять з розподільної камесатора 1 через отвір 28. ри 18, і як описано вище, циркулює в замкнутому Основною перевагою цього варіанта є можликонтурі конденсатора 1. вість використання його для модернізації існуючих Газоподібні речовини, які збираються у верхконденсаторів, наприклад конденсаторів плівковоній частині 10 конденсатора, виводяться з конденго типу. сатора 1 через отвір 12, виконаний у верхньому У таких конденсаторах рідка фаза переміщаднищі 3. ється усередині труб трубного пучка під дією сили Реактор синтезу, випарник і конденсатор 1 є тяжіння у вигляді плівки рідини в загальному поточастинами так званого контуру синтезу високого ці з газоподібними сполуками, які підлягають контиску установки для промислового одержання седенсації. човини. Усі ці апарати працюють фактично при В даний час конструктивна доробка вже існуюодному й тому ж тиску і з'єднані один з одним у чих конденсаторів, особливо їх корпусів, або взаєдиний контур, який забезпечує можливість видігалі неможлива, або не доцільна з чисто економічлення і подачі назад у реактор синтезу принаймні них міркувань. частини речовин, що не вступили в реакцію, які Запропоноване в цьому варіанті здійснення містяться в розчині сечовини, що відбирається з винаходу рішення, пов'язане з установкою на верреактора. хньому днищі конденсатора ємності 27, через яку Описаний вище конденсатор 1 можна модифіверхня частина 10 конденсатора 1 з'єднується з кувати, змінивши відповідним чином його конструйого нижньою частиною 11, повністю забезпечує кцію. циркуляцію водного розчину в замкнутому контурі Одним із прикладів такої модифікації конструконденсатора і виключає при цьому необхідність кції запропонованого у винаході конденсатора є зміни конструкції корпуса 2 і днищ 3 і 4 конденсаваріант, показаний на Фіг.2. тора. Показані на цьому кресленні деталі конденсаЩе один варіант можливого виконання запротора 1, які конструктивно і функціонально не відріпонованого у винаході конденсатора показаний на зняються від аналогічних деталей конденсатора, Фіг.3. показаного на Фіг.1, позначені тими ж позиціями і Показані на цьому кресленні деталі конденсаповторно не розглядаються. тора 1, які конструктивно і функціонально не відріКонденсатор 1, запропонований у цьому варізняються від аналогічних деталей конденсатора, анті винаходу, має ємність 27, розташовану над показаного на Фіг.1, позначені тими ж позиціями і його верхнім днищем 3. повторно не розглядаються. Ємність 27 має принаймні перший нижній отвір У цьому варіанті здійснення винаходу замість 33 (на Фіг.2 показані два таких отвори), другий показаної на розглянутих вище кресленнях зовнінижній отвір 32, який сполучається з трубою 19, шньої труби 19 для циркуляції водного розчину третій отвір 28, який розташований у її верхній використовується конструктивно не зв'язана з тручастині і призначений для відводу з конденсатора бним пучком 5 і розташована всередині конденсагазу, і розташований на бічній стороні четвертий тора 1 труба 23, яка проходить по всій довжині отвір 29. корпуса 2 і кріпиться до трубних ґрат 7 і 8. СполуУ свою чергу верхнє днище 3 конденсатора 1 чена її верхнім і нижнім кінцями 25, 26 відповідно з має принаймні один верхній отвір 34, у якому розверхньою і нижньою частиною 10 і 11 конденсатоташоване сопло 31 (на Фіг.2 показані два таких ра 1 труба 23 повністю забезпечує потрібну циркусопла). ляцію всередині конденсатора 1 газоподібних споУ показаному на Фіг.2 варіанті ємність 27 сполук, які утворюються в трубному пучку конденсату. лучається з верхньою частиною 10 конденсатора 1 У прикладі, показаному на Фіг.3, труба 23 розчерез нижні отвори 33, які розташовані напроти ташована на осі корпуса 2 і проходить з верхньої закріплених у верхнім днищі 3 сопел 31. частини 10 конденсатора від розташованої в ній Поруч з четвертим отвором 29 розташований перегородки 14 у нижню частину 11 і доходить переливний пристрій 30, який умовно зображений майже до самого нижнього днища 4. на кресленні у вигляді перегородки. У нижньому днищі 4 конденсатори 1 є другий Нижче з посиланням на Фіг.2 розглянута робоотвір, позначений позицією 24. Через цей отвір у та запропонованого в цьому варіанті здійснення нижню частину 11 конденсатора надходить потік, винаходу конденсатора карбамату. що містить карбамат, який відбирається із секції У виконаному за цим варіантом конденсатора виділення сечовини, у водному розчині і розчин, водний розчин, який надходить з пучка 5 труб у що відбирається необов'язково з реактора синтеверхню частину 10 конденсатора, через отвори 34, зу, який містить сечовину і вихідний рідкий аміак. сопла 31 і отвори 33 попадає в ємність 27. Перевагою конденсатора, запропонованого в Перша частина водного розчину, який збирацьому варіанті здійснення винаходу, є не лише ється в ємності 27, повертається назад у нижню більш високий у порівнянні з відомими конденсачастину 11 конденсатора 1 через отвір 32 по трубі торами вихід, але й істотно менший об'єм. Крім 19, а друга частина через отвір 29 подається з того, через відсутність зовнішньої труби, яка поконденсатора 1 у реактор синтезу сечовини. Кільвинна витримувати високий тиск, вартість виготокість водного розчину, який через отвір 29 подавлення такого конденсатора менше за вартість ється з конденсатора в реактор, регулюється певиготовлення конденсаторів, запропонованих у реливним пристроєм 30. розглянутих вище варіантах здійснення винаходу. 9 75378 10 Труба 23, яка використовується в цьому варіачаються тільки кількістю водного розчину, який нті, повністю розташована всередині конденсатора циркулює в замкнутому контурі конденсатора. 1, і тому напруження, які виникають в ній, визна 11 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 75378 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601