Десорбер з падаючою плівкою для розкладання карбамату

Реферат: Десорбер (SN) для розкладання карбамату і вилучення аміаку плюс діоксиду вуглецю з розчину сечовини (U) виконаний як кожухотрубний теплообмінник, де падаюча плівка рідини розчину сечовини і протитечія газового потоку очисного середовища нагнітається в рукав труб з поверхнею, що нагрівається (6); очисне середовище, таке як діоксид вуглецю розподіляється всередині труб (6) за допомогою множини газових стояків (32); газові стояки переважно сполучені з перфорованим піддоном (30) в нижній камері (11) десорбера. Також розкрито перебудову звичайного СО2 десорбера. UA 111061 C2 (12) UA 111061 C2 UA 111061 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ОПИС Галузь винаходу Винахід належить до десорберу з падаючою плівкою для розкладання карбамату і вилучення аміаку плюс діоксиду вуглецю з потоку, що виходить, реактору для синтезу сечовини. Більш детально, винахід належить до розподілу газового очисного середовища, такого як діоксид вуглецю, в трубах десорберу. Рівень техніки В способі виробництва сечовини, відомо, що подають продукти реакції в десорбер, де карбамат розкладається на аміак і діоксид вуглецю за допомогою нагріву та очисного агенту. Десорбер з падаючою плівкою у своїй основі являє собою вертикальний кожухотрубний теплообмінник, що містить верхню камеру і нижню камеру, в гідравлічному сполученні за допомогою труб багатоканального рукава. В верхню камеру подаються продукти реакції; в камеру нижче подається очисне середовище і збирається концентрований розчин сечовини з труб. Газоподібна фаза, що містить очисне середовище і пари аміаку (пари, що відводяться зверху колони), накопичується в верхній частині верхньої камери. Верхні кінці труб звичайно оснащені металевими обідками і підходящими отворами, що дозволяють вхід рідини і вихід газоподібної фази. В процесі, рідина розчину сечовини формує падаючу плівку на внутрішній поверхні труб, у той час як газове очисне середовище тече протитечією з низу вгору, в тих самих трубах. Труби нагріваються в процесі за допомогою підходящих теплоносіїв, наприклад, конденсацією пари. Очисне середовище, наприклад, являє собою діоксид вуглецю. Конкретний приклад попереднього рівня техніки CO 2 десорберу S показаний на Фіг. 1. Розчин сечовини U (продукти реакції) потрапляє через верхній отвір 1 в верхню камеру 2, і витікає через перфорований піддон 3 і проміжну решітку 4, по трубах 6 багатоканального рукава, який обігрівається парою. Труби 6 рукава фіксуються на протилежних кінцях вище і нижче кожуха труби 7, 8. Багатоканальний рукав може мати сотні або тисячі труб, для прикладу показується тільки одна труба 6. Верхні кінці труб 6 оснащені металевими обідками 5. Розчин сечовини U потрапляє до труб 6 через підходящі вхідні отвори для рідини в нижній частині 9 згаданих металевих обідків 5, утворюючи рідку тонку плівку на внутрішній поверхні кожної труби. Протилежні кінці труб 6 є відкритими в нижній камері 11, в сполученні з входом CO 2 12. Діоксид вуглецю потрапляє до труб 6 з нижніх відкритих кінців 13, протікаючи протитечією плівці рідини. Труби 6 нагріваються конденсацією пари, яка нагнітається на міжтрубний простір десорберу S, потрапляючи з входу для пари 14 і виходячи з виходу для конденсату 16. Концентрований розчин сечовини UC накопичується в камері 11 і направляється до виходу для рідини 19. Газоподібна фаза G, що містить аміак і діоксид вуглецю тече з верхніх кінців труб 6 і газорозподільних труб 18, до виходу 15, і звичайно направляється до конденсатора або реактора. Розподіл подачі CO2 по усіх трубах багатоканального рукава, як правило, керується зосередженим перепадом тиску, який відбувається біля виходу газової фази, напр. на Фіг. 1 біля газовідводу вище частини 10 металевих обідків 5. Ці газовідводи призначаються, щоб забезпечити заданий перепад тиску, підходящий, щоб гарантувати необхідний розподіл подачі діоксиду вуглецю в усіх трубах. В процесі, десорбер потребує певного напору рідини a у кожусі труби 7, i для того, щоб підтримати низхідний потік рідини. Цей напір рідини залежить і від перепаду тиску рідкої фази, і від перепаду тиску газової фази. Вищезазначені деталі добре відомі спеціалісту в даній галузі і тому не повинні додатково обговорюватися. Ця модель десорберу з падаючою плівкою має однак деякі недоліки, які ще не були вирішені. Було відмічено, що плівка рідини, під час витікання з нижніх кінців труб, має тенденцію "закривати" чи зменшувати ділянку труб, доступну для подачі очисного середовища. Розподіл очисного середовища по усіх трубах багатоканального рукава може принести нестачу однорідності, викликаючи зниження ефективності повного очисного процесу. Додатково, було відмічено, що очисне середовище, яке потрапляє до нижньої частини труб викликає деякі порушення протилежного виходу рідкої фази і в деяких випадках може спостерігатися додатковий потік рідини, також в цьому випадку з пониженням ефективності. Додатковий недолік полягає в тому, що верхня частина десорберу може бути розроблена, щоб пристосувати металеві обідки достатньої довжини, для того, щоб дозволити вихід газової фази у присутності необхідного рівня рідини у головній камері. Посилаючись на Фіг. 1, металеві обідки 5 повинні мати достатню довжину, щоб тримати газовідводи верхніх частин 10 на рівні 1 UA 111061 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рідини. Зазвичай, необхідний напір рідини a складає близько 400-800 мм, зазвичай 500 мм, і відповідно металеві обідки майже 1 м довжиною. Отже, ціла верхня частина десорберу високого тиску є вищою, тобто габаритний розмір h знаходиться під впливом потреби напору рідини a у трубах. Цей дефект особливий, тому що десорбер працює під високим тиском і потребує дорогих матеріалів, щоб уникнути корозії, отже виготовлення великих частин дороге. Потрібно також враховувати, що десорбер з падаючою плівкою є чутливим до так званого затоплення. Затоплення відбувається, коли плівка рідини в середині труб пошкоджується і частина рідини захоплюється потоком газу, який там знаходиться. Затоплення треба уникати, оскільки воно зменшує ефективність очищення. З цією проблемою зіштовхуються, напр., коли агрегат з виготовлення сечовини модернізується, щоб збільшити темп виробництва. Може відбутися, що діючий десорбер не може підтримати збільшений розхід через затоплення. Короткий опис винаходу Ціль винаходу полягає в тому, щоб вирішити вищезазначені недоліки десорберів з падаючою плівкою для розкладання карбамату, посилюючи розподіл очисного середовища в трубах. Ціль досягається розподілом очисного середовища за допомогою множини газових стояків, розміщених в нижній частині десорберу. Кожен газовий стояк постачає відповідну трубу багатоканального рукава очисним середовищем. Газові стояки являють собою труби менші ніж труби основного багатоканального рукава, з кінцем, який заходить в кожну трубу десорберу, щоб забезпечити пряме постачання очисного середовища до згаданої труби. Відповідно, кожухотрубний десорбер для розкладання карбамату і вилучення аміаку з розчину сечовини, що містить верхню камеру в сполученні з входом для згаданого розчину сечовини; рукав труб, що нагріваються, який має верхні кінці в сполученні з верхньою камерою, і нижні кінці в сполученні з подачею газового очисного середовища, і де в процесі падаюча плівка рідини згаданого розчину сечовини і протитечія газового потоку очисного середовища знаходяться в середині труб, який відрізняється тим, що згадана подача очисного середовища знаходиться в сполученні з нижніми ділянками труб за допомогою множини газових стояків, розташованих, щоб розподіляти очисне середовище в відповідних трубах, кожний газовий стояк виконаний з труби меншої, ніж згадані труби багатоканального рукава, що має перший кінець в сполученні з подачею очисного середовища, і другий кінець в відповідній трубі багатоканального рукава. Переважно, десорбер містить газовий стояк для кожної труби багатоканального рукава. Переважно, газові стояки є коаксіальними з трубами багатоканального рукава. Газові стояки є меншими, ніж очисні труби так, що міжтрубний простір для виходу рідини знаходиться зліва навколо газового стояка, з нижнього кінця кожної очисної труби. Зовнішній діаметр газових стояків відповідно менший ніж внутрішній діаметр очисних труб. В переважному варіанті здійснення, десорбер має нижню камеру, яка знаходиться в сполученні з подачею очисного середовища, і збирає концентрований розчин сечовини, що стікає вниз з труб; газові стояки переважно сполучені з піддоном, розміщеним в згаданій нижній камері нижче нижніх кінців труб. В деяких варіантах здійснення винаходу, згаданий піддон є перфорованим для витікання концентрованого розчину сечовини, так, щоб розчин накопичувався нижче піддону. В альтернативних варіантах здійснення, концентрований розчин сечовини витікає із згаданого піддону шляхом перетікання через край вертикальної труби, сполученої з піддоном. Очисне середовище переважно являє собою діоксид вуглецю. Десорбер згідно винаходу в основному є частиною контуру високого тиску, що містить реактор, очисну ділянку і необов'язково ділянку конденсації. Отже, об'єктом винаходу є агрегат для синтезу сечовини, де контур високого тиску містить розкритий вище десорбер. Додатковим об'єктом винаходу є спосіб для розкладання карбамату і вилучення аміаку з розчину сечовини, де згаданий розчин нагнітається до труб вертикального десорберу з падаючою плівкою, що має багатоканальний рукав, протитечією з газовим очисним середовищем; концентрований розчин сечовини накопичується в нижній частині згаданого десорберу, і газоподібна фаза, що містить діоксид вуглецю і аміак, відновлюється в верхній частині згаданого десорберу, спосіб відрізняється тим, що очисне середовище нагнітається до згаданих труб за допомогою множини газових стояків, кожний газовий стояк виконаний з труби меншої, ніж згадані труби багатоканального рукава, кожний газовий стояк має один кінець в сполученні з подачею очисного середовища, і другий кінець в відповідній трубі багатоканального рукава. Додатковим об'єктом винаходу є перебудова наявного десорберу, зокрема CO 2 десорберу високого тиску в CO2-очищуючому способі виробництва сечовини. Об'єктом винаходу є 2 UA 111061 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перебудова наявного десорбер шляхом забезпечення щонайменше вищезгаданих газових стояків, кожний газовий стояк розташований так, щоб входити в відповідну трубу багатоканального рукава десорберу для досягнення безпосередньої подачі очисного середовища в середині труб. Переважно, газові стояки забезпечені в сполученні з перфорованим піддоном, який розміщений в нижній камері десорберу, що зв'язана з подачею діоксиду вуглецю і де накопичується концентрований розчин сечовини. Перевагою винаходу є однаковий розподіл газового очисного середовища в трубах багатоканального рукава. Газові стояки забезпечують пряму подачу очисного середовища до відповідних труб, і введення очисного середовища на відстані від ділянки виходу рідини, в нижньому кінці труб. Відповідно, зіткнення між виходом рідини і входом газу з нижнього кінця труб, усувається або істотно зменшується. Розхід газоподібного очисного середовища є істотно однаковим в усіх трубах, і відповідно процес є більш ефективним. Однаковий розподіл очисного середовища зменшує ризик затоплення і дозволяє повну експлуатацію доступної теплообмінної поверхні. Іншими словами, десорбер робиться більш ефективним відносно числа і розміру труб. Додатковою і відомою перевагою є те, що газові стояки забезпечують зосереджений перепад тиску, який керує розподілом очисного середовища. Цей перепад тиску, відповідно винаходу, зосереджений в нижчій частині десорберу, а саме зі входу очисного середовища в труби, всупереч попередньому рівню техніки, де головний перепад тиску є у вищій частині десорберу, при виході для газу. Це означає, що металеві обідки на верхній частині багатоканального рукава можуть бути зроблені коротшими, з довшими газовідводами ніж у попередньому рівні техніки; узагальнена конструкція верхньої частини десорберу може бути зроблена більш компактною і менш дорогою. Винахід і пов'язані з ним переваги будуть більш очевидними з допомогою наступного опису переважного варіанту здійснення. Короткий опис малюнків Фіг. 1 показує схему десорберу попереднього рівня техніки. Фіг. 2 показує схему кожухотрубного десорберу, що нагрівається паром, відповідно до варіанту здійснення винаходу. Фіг. 3 показує збільшений вигляд деталі III на Фіг. 2, що зображує верхній кінець одного газового стояка, введеного в відповідну трубу багатоканального рукава. Фіг. 4 показує поперечний перетин відповідно до лінії IV-IV на Фіг. 3. Фіг. 5 показує деталь газового стояка, введеного в відповідну трубу відповідно до іншого варіанту здійснення винаходу. Детальний опис Десорбер SN відповідно винаходу показаний на Фіг. 2. Ознаки еквівалентні відомому десорберу Фіг. 1 позначаються такими ж номерами і тепер будуть обговорюватися тільки нові ознаки. В нижній камері для рідини 11, десорбер винаходу SN має перфорований піддон 30, що має отвори для витоку рідини 31 (Фіг. 4) і вміщує численні газові стояки 32. Кожен газовий стояк 32 є трубою меншою ніж труби 6 головного багатоканального рукава, з нижнім кінцем зв'язаним з піддоном 30 і в поєднанні з камерою 11, і верхнім кінцем ділянки 33, яка входить у відповідну трубу 6, зверху нижнього кінця ділянки 34, згаданої труби 6 (Фіг. 3). Відповідно до варіанту здійснення Фіг. 5, газові стояки 32 підтримуються піддоном 30a без отворів для витоку рідини. Концентрований розчин сечовини Uc акумулюється на піддоні 30a і переливається через край з вертикальної труби 37. Міжтрубний простір 35 знаходиться зліва навколо газового стояка 32, зі згаданого нижнього кінця ділянки 34 труби 6. Наприклад, внутрішній діаметр труб 6 складає 25 мм, в той час, як зовнішній діаметр газового стояка 32 складає 15 мм. Згаданий міжтрубний простір 35 допускає плівку рідини, яка в процесі формується на внутрішній поверхні 36 труби 6, щоб стікати в камеру 11. Концентрований розчин Uc в нижній камері 11 спускається через вихід 19 і направляється на додаткову обробку, напр. у вихідний сектор при пониженому тиску. Необхідно відмітити, що перепад тиску очисного середовища в значній мірі рухається з верхньої частини десорберу, тобто виходів на частинах металевих обідків 10, до нижньої частини, тобто перехід через газові стояки 32. Як результат, напір рідини на труби 6 повинен виснажити перепад тиску газового потоку значно нижче через металеві обідки 5; іншими словами, новий десорбер SN потребує напору рідини aN, який значно менше, ніж напір рідини a десорберу, еквівалентного попередньому рівню техніки. Наприклад, напір a N може бути близько 50 % напору попереднього рівня техніки a. Відповідно, конструкція десорберу може бути вигідно модифікована: газовідвід, який відкривається на верхніх частинах 10 металевих обідків 5 може бути більшим, оскільки потрібен 3 UA 111061 C2 5 10 15 20 менший перепад тиску; металеві обідки 5 можуть бути коротшими і габаритний розмір h (Фіг. 1) може бути зменшеним. На практиці, згаданий розмір h може бути коротшим на приблизно 500 мм. Новий десорбер може бути зроблений більш компактним, ніж в попередньому рівні техніки, це є відомою перевагою, тому що десорбер агрегату з виробництва сечовини є пунктом високого тиску і ціни. Якщо десорбер SN отриманий після оновлення наявних одиниць, він може переважно зберігати наявну посудину. Винахід є все ще вигідним, тому що модифікований десорбер менш чутливий до затоплення, дякуючи однаковому розподілу очисного середовища в трубах і усуненню зіткнення між виходом рідини і входом газу в нижній частині труб 6. Відповідно, доступна поверхня теплообміну використовується оптимальним чином і ємність десорберу все ще збільшується, при низькій вартості без додаткових модифікацій. Десорбер SN працює наступним чином. Продукти реакції U, які являють собою водний розчин сечовини, карбамату і неперетвореного вільного аміаку, потрапляють в труби 6 через тангенційні вхідні отвори для рідини на нижчих частинах 9 металевих обідків 5, таким чином утворюючи плівку рідини на стінках 36 труб 6. Очисне середовище, таке як діоксид вуглецю, надходить через вхідну трубочку 12 і газові стояки 32, до нижньої частини тих самих труб 6, протікаючи протитечією плівці рідини. Під дією очисного середовища і поверхневого нагріву, карбамат розпадається і непрореагований аміак і діоксид вуглецю "абсорбуються ” з розчину і відновлюються як пари, які відводяться з верху колони G. Концентрований розчин сечовини Uc отримують з нижнього кінця десорберу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Агрегат для синтезу сечовини, що містить щонайменше реактор і очисну ділянку в контурі високого тиску, очисна ділянка містить щонайменше один кожухотрубний десорбер (S N) для розкладання карбамату і вилучення аміаку з розчину сечовини (U), десорбер містить верхню камеру (2) в сполученні з входом (1) для згаданого розчину сечовини; рукав труб, що нагріваються (6), причому згадані труби (6) мають верхні кінці в сполученні з верхньою камерою (2), і нижні кінці (13) в сполученні з подачею (12) газового очисного середовища, де в процесі падаюча плівка рідини згаданого розчину сечовини і протитечія газового потоку очисного середовища знаходяться всередині труб (6), який відрізняється тим, що згадана подача (12) очисного середовища проводиться в сполученні з ділянками нижніх кінців (34) труб (6) за допомогою множини газових стояків (32), розташованих для розподілення очисного середовища в відповідних трубах, причому кожний газовий стояк виконаний з труби меншої, ніж згадані труби багатоканального рукава, що має перший кінець в сполученні з подачею (12) очисного середовища, і другий кінець (33) в відповідній трубі (6) багатоканального рукава; і де на верхніх кінцях зазначених труб (6) встановлені металеві обідки (5) заданої висоти і діаметра. 2. Агрегат за п. 1, що містить газовий стояк (32) для кожної труби (6) згаданого багатоканального рукава. 3. Агрегат за п. 1 або п. 2, де газові стояки (32) є коаксіальними з трубами (6) згаданого багатоканального рукава. 4. Агрегат за будь-яким з пп. 1-3, де газові стояки (32) сполучені з піддоном (30, 30а) в нижній камері (11) десорбера, згадана нижня камера (11) сполучена з подачею (12) очисного середовища. 5. Агрегат за п. 4, де згаданий піддон являє собою перфорований піддон (30) або сполучений з вертикальною трубою (37), для витікання рідкої фази концентрованого розчину сечовини (Uc), що опускається з труб (6) із згаданого піддона в нижню камеру (11) нижче. 6. Спосіб перебудови CO2 десорбера агрегату для синтезу сечовини, де згаданий десорбер містить вхід для розчину сечовини, що надходить з реактора синтезу, подачу діоксиду вуглецю, вертикальний багатоканальний рукав труб з поверхнею, що нагрівається, де розчин сечовини подається протитечією з діоксидом вуглецю, та металеві обідки, встановлені на верхній частині багатоканального рукава, де відповідно до способу забезпечують множину газових стояків (32), які розташовані для розподілення діоксиду вуглецю у відповідних трубах рукава, та являють собою труби менші, ніж труби, що нагріваються, причому кожний газовий стояк має один кінець в сполученні зі згаданою подачею діоксиду вуглецю, і другий кінець, розташований в відповідній трубі багатоканального рукава, де відповідно до способу додатково забезпечують металеві обідки на верхній частині багатоканального рукава, причому металеві обідки є коротшими та мають довші газовідводи, ніж зазначені металеві обідки десорбера, що піддають перебудові. 4 UA 111061 C2 5 7. Спосіб за п. 6, де газові стояки забезпечують разом з піддоном (30, 30а), причому загаданий піддон встановлюють на висоті в нижній камері (11) десорбера, для збирання концентрованого розчину сечовини і в сполученні з подачею діоксиду вуглецю. 8. Спосіб за п. 6 де кожну трубу багатоканального рукава безпосередньо наповнюють очисним середовищем за допомогою відповідного газового стояка (32). 5 UA 111061 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6