Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
^H2O
:0,3-
(III.41)
где ? — коэффициент уменьшения масштаба рецикла неконвертированного CO2 при увеличении хв от X1 до х2:
(111.42)
X-x1
На рис. III. 12 представлен график зависимости \ — хв при различных значениях Ах.
0,60 0,65 0,70 хъ(мол.доли)
Рис. III.12. Зависимость %— хв при различных значениях Длг:
/ — 0,005; 0,020; 4 -
2 — 0,010; 3 -0,040; s — 0,050.
Графики на рис. ШЛО—III.12 позволяют оценить потенциальные возможности снижения энергозатрат при уменьшении рецикла воды.
3. Газовый рецикл направращенных NH3 и GO2
Первые схемы, которые стали использовать еще в двадцатых годах для подачи в реактор выделенных из плава синтеза непревращенных NH3 иС0.2, были с газовым рециклом. Но хотя газовый рецикл обладает по сравнению с жидкостным рециклом гораздо более длительным «стажем» промышленной эксплуатации, он не получил сколько-нибудь широкого применения. К настоящему времени в ряде стран мира работают лишь несколько установок по производству карбамида с газовым рециклом. Однако запатентованы модификации этого метода, которые в принципе по своим технико-экономическим показателям не только не уступают, но даже превосходят любые из применяемых в промышленности энерготехнологических схем. В связи с этим, а также учитывая, что некоторые усовершенствования схем с газовым рециклом могут быть использованы в действующих произ-водстах карбамида, ниже кратко рассматриваются методы рециркуляции NH3 и CO2, включающие их компримирование в газообразном виде для передачи со ступени более низкого давления на ступень более высокого давления, вплоть до давления синтеза карбамида. Эти методы делятся на две группы: процессы с ком-примированием смесей газов и процессы, включающие предварительное разделение NH3 и CO2 методами селективной абсорбции.
Компримирование газовых смесей
Способ рециркуляции NH3 и CO2 путем сжатия газов, полученных при дистилляции плава синтеза карбамида, был первым реализованным в промышленности процессом с полным рециклом [5, 9, 86]. Однако этот метод не получил распространения, так как длительное время для сжатия газов пользовались поршневыми компрессорами. Сжатие смесей NH3 и CO2 с помощью этих машин сопряжено с большими трудностями: смеси NH3 и CO2 при сжатии могут образовывать твердые пли жидкие химические соединения, а условия нормальной эксплуатации газовых компрессоров не допускают присутствия конденсированной фазы. Чтобы избежать этого, компримирование приходится осуществлять при повышенных температурах. Как показали выполненные позднее расчеты [87], сжатие газовых смесей до обычно применяемого давления 20 МПа следует проводить при Т> 470 К. В технике и по сей день неизвестны доступные материалы, способные устойчиво работать в поршневых уплотнениях при чрезвычайно высокой коррозионной активности сжимаемой среды. Тем не менее, некоторый интерес к этому процессу наблюдался в связи с поисками путей утилизации смесей NH3 и CO2, образующихся при пиролизе твердого топлива (бурых углей), для производства карбамида [88]. В более поздний период появились идеи сжатия смесей NH3 и CO2 (либо NH3, очищенного от CO2 жидким аммиаком и водой), полученных дистилляцией раствора при низком давлении (близком к атмосферному), до давления промежуточной ступени дистилляции (1,5—5 МПа) [59, 64, 89].
Фирмой «Хемико» была предложена серия модификаций так называемого «термопроцесса», основанного иа адиабатическом сжатии этих смесей с помощью центробежных компрессоров [90].
23
5
253/
9
3P
і
з
Пар
2
Раствор
Конденсат
карбамида
Рис. 111.13. Схема «термопроцесса»:
/ — реактор-дистиллятор I ступени; 2 — генератор пара низкого давления; 3 —- насос жидкого NH3; 4 — рециркуляционный компрессор высокого давлення; 5 — рециркуляционный компрессор низкого давления; 6 — промежуточный холодильник; 7 — сепаратор-скруббер; 8 — дистиллятор II ступени; 9 — компрессор CO2: ю — испаритель; 11 — кондеисатор-абсорбер; 12 — насос для раствора; 13, 14 — сепараторы.
На рис. III. 13 представлена технологическая схема одного нз вариантов этого процесса, включающего в себя наиболее поздние из разработок фирмы. Согласно этому способу карбамид синтезируют при 17,5—21 МПа и 465—475 К в межтрубном пространстве двух аппаратов: дистиллятора I ступени / и генератора пара низкого давления 2. В эти аппараты подают жидкий NH3 насосом 3 и смесь рецпркулнруемых газов компрессором 4. Реакция синтеза протекает при мольном соотношении NH3 : CO2 = (2,5+3) : 1 и в присутствии относительно небольших количеств воды. Степень превращения CO2 в карбамид составляет 55—60%. Благодаря низкому соотношению NH3 : CO2 и высокой температуре рецпркулнруемых газов реакция синтеза сильно экзотермична. Поэтому теплота реакции используется для генерирования насыщенного пара давлением 0,4 МПа (абс.) в генераторе 2 и для отгонки части неконвертнрованных реагентов в дистилляторе I ступени /. Отгонка производится при 6—8 МПа и 435—445 К в токе рецпркулнруемых газов, подаваемых компрессором 5. В этих условиях диссоциирует около 90% карбамата аммония и отгоняется почти такое же количество свободного аммиака.