Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
2. Технические средства снижения энергозатрат
Усовершенствования отдельных стадий процесса, направленные на экономию знергоресурсов
Для снижения (вплоть до полной ликвидации) нагрузки углекислотного компрессора поток свежего CO2 сжижают за счет испарения жидкого аммиака, либо частично (10—100%) вводят в зону абсорбции — конденсации газов дистилляции [4]. В последнем случае, однако, существенно возрастает нагрузка карбаматных насосов, эксплуатация которых сопряжена с определенными трудностями.
Для обеспечения эффективного теплосъема исходные и рециркулируемые вещества перед подачей в реактор смешивают в теплообменнике с утилизацией тепла для подогрева дросселированного плава, который направляют на дистилляцию, или с получением пара. Для повышения массового соотношения жидкость—газ на входе в теплообменник—смеситель в эту зону рециркулируют часть плава из реактора [5].
Рассмотрим способ [5] несколько подробнее. Как известно, избыток аммиака в реакторе (сверх стехиометрической нормы) положительно влияет на степень превращения. С другой стороны, с увеличением избытка NH3 в плаве синтеза давление паров над ним возрастает, а температура кипения снижается, вследствие чего необходимо поддерживать низкую температуру синтеза.
Чем ниже температура среды, тем сложнее осуществить регенерацию и рекуперацию избыточного тепла. Это противоречие можно преодолеть, если избыточную теплоту отводить в выносном теплообменнике, работающем под таким же давлением, что и реактор синтеза, но при более низком отношении NH3 : CO2. Завершающая стадия процесса в узле синтеза может осуществляться в присутствии дополнительного количества аммиака в реакторе, работающем в автотермических условиях.
В соответствии с этим в рассматриваемом способе принято, что основная часть пли даже весь свежий CO2 смешивается при давлении синтеза с NH3 до достижения L — 2.2—3,5. Этот процесс осуществляется в межтрубном пространстве, либо в трубках кожухотрубного теплообменника. В зону смешения NH3 и CO2 можно дополнительно вводить карбамат аммония, аммиак, карбамид, либо их водные растворы, но таким образом, чтобы L соответствовало указанным выше пределам изменения. Температуру конечной реакционной смеси в теплообменнике
поддерживают постоянной ( в пределах 160—220 °С), отводя теплоту либо циркулирующим раствором, либо кипящим конденсатом с получением пара.
Количество теплоты, отводимой от реакционной смеси в теплообменнике, регулируют изменением подачи аммиака, т. е. по соотношению L. Если количество отводимой теплоты начнет увеличиваться, или же возрастет температура смеси, увеличивают расход NH3. При этом повысится упругость паров в системе и снизится температура кипения. В результате уменьшится разность температур сред в трубчатом и межтрубном пространстве теплообменника, снизится интенсивность теплообмена и процесс в теплообменнике нормализуется. В частном случае, когда количество утилизируемой теплоты соответствует норме, но при этом температура реакционной смеси излишне высока, с увеличением подачи аммиака температура снизится. Для восстановления расчетной интенсивности теплообмена либо снижают температуру охлаждающей среды, либо повышают ее расход. В случае продуцирования водяного пара снижают его давление. В перечисленных вариантах количество отводимой теплоты будет нормализовано, но уже при более низкой температуре реакционной смеси.
В случае снижения количества утилизируемой теплоты следует уменьшить подачу аммиака, что приведет к результатам, противоположным выше изложенным.
После рекуперации избыточного тепла перед поступлением реакционной смеси в адиабатический реактор к ней добавляют избыточный NH3 с таким расчетом, чтобы соотношение L в результирующем плаве находилось в интервале 2,8—7,1. Температуру в реакторе регулируют изменением количества утилизируемого в теплообменнике — смесителе тепла.
Запатентован [6] метод подогрева исходных реагентов, направляемых в зону синтеза, путем теплообмена с продукционным плавом.
Свежий жидкий NH3 подогревают за счет теплоты конденсации возвратного аммиака при смешении обоих потоков; в этом случае возвратный NH3 выделяют сепарацией или дистилляцией плава синтеза при повышенном давлении [7].
Теплоту, снимаемую в реакторе, предлагают использовать для осуществления стриппинг-дистилляции плава, для нагрева дросселированного плава перед дистилляцией, для нагрева теплоносителя (масла, расплава металлов), циркулирующего между зонами синтеза и дистилляции, для получения пара, который утилизируют на ступени дистилляции низкого давления, для испарения жидкого NH3 и нагревания его с последующим использованием в качестве стриппинг-агента [8].
Чтобы снизить расход пара на дистилляцию, рекомендуют поток плава синтеза использовать в качестве теплоносителя в зоне отгонки непрореагировавших веществ. Некоторую экономию затрат греющего пара дают упоминавшиеся выше методы ступенчатого нагрева плава в узле дистилляции [91.
Из патентов, содержащих различные способы снижения энергетических затрат, безусловно, большой интерес представляют те [10], в которых выдвигается новый принцип организации процесса производства карбамида с полным рециклом. Основанный на этом принципе метод производства, получивший название «термопроцесса», и его различные модификации изложены в гл. III.
