Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
Энергетические преимущества процесса
Как показывает сопоставление тепловых балансов установок синтеза карбамида по обычной схеме с жидкостным рециклом и по стриппинг-методу [4], последний обладает энергетическими преимуществами.
С учетом теплосодержания исходных и конечных продуктов реакции синтеза карбамида общий тепловой эффект суммарного процесса положителен и составляет 837,36 кДж/кг CO(NH2)3 при начальных температурах NH3 и CO2 соответственно 313 и 373 К. Избыток теплоты соответствует теплосодержанию ~400 кг пара на 1 т CO(NH2)2 или охлаждающей способности 13 м3 воды (АГ = 15°).
Как известно, на практике требуется большое количество пара [1000—1500 кг на 1 т CO(NH2J2I. что обусловливает соответствующее увеличение расхода охлаждающей воды. Это происходит из-за того, что неполнота конверсии вызывает необходимость выделять из плава синтеза карбамида не прореагировавшие вещества. Дистилляция плава под давлением синтеза только за счет нагревания недопустима; поэтому в обычных процессах
о Горловский Д. М. и др. 161
применяют ступенчатое снижение давления. Газы дистилляции, выделяемые на этих ступенях, затем подвергают абсорбции-конденсации с применением водных абсорбентов, и образующийся в результате этого концентрированный раствор карбамата аммония вновь подают в зону синтеза карбамида.
Такой процесс требует большого расхода пара по следующим причинам:
а) весь карбамат аммония, не превращенный в карбамид, обязательно должен быть снова переведен в газообразное состояние, что требует расхода теплоты около 1,5 МДж/кг NH2COONH4;
б) рециркулируемая с карбаматным раствором вода снижает степень превращения и увеличивает количество рециркулируемого NH2COONH4.
В табл. IV. 1 сопоставлены затраты тепла в обычном и стрип-пинг-процессе «Стамикарбон». Для упрощения принято, что не осуществляется внутренний теплообмен, например, со свежим аммиаком [4].
В обычном процессе при Тс = 463JK, = 2O МПа, L = 4, W — 0,5, хв = 68% суммарное потребление теплоты эквивалентно около 1,5 т пара/т CO(NH2)2. Конечно, это тепло выделяется вновь в процессах конденсации газов, но из-за сравнительно низкого давления оно оказывается на соответственно низком температурном уровне, и потому его приходится снимать охлаждающей водой.
Предпринимались попытки добиться экономии теплоты двумя способами.
1. Прямым теплообменом между конденсирующейся смесью NH3 и CO2 при 1,77 МПа и плавом синтеза на II ступени дистилляции (0,29 МПа) либо раствором карбамида на I ступени концентрирования. Однако лишь часть теплоты может быть использована таким путем.
Таблица IV. 1. Затраты тепла в обычном и стриппинг-процессе получения карбамида (в кДж/кг CO(NH2J2)
Статьи затрат
Обычный
Стриппинг-
процесс
процесс
Подача тепла в узел высокого давления (стадии
418,68
1695,65
синтеза и стриппинг-дистилляции)......
Тепло, утилизируемое в узле высокого давления
—
1842,19
Затраты тепла иа ступени дистилляции при 1,8 МПа
1444,44
—
Затраты тепла на ступени дистилляции при 0,3 МПа
242,83
293,08
Затраты тепла в узле окончательной переработки
942,03
900,16
62,80
62,80
Потребности тепла
1695,65
—
3110,08
—
—
586,15
2. Увеличением давления в I ступени дистилляции до такого уровня, чтобы повторная конденсация выделенных газов происходила при значительно более высокой температуре. Соответствующим образом это тепло могло быть использовано для производства пара низкого давления, необходимого в различных участках агрегата. Одним из первых и наиболее распространенных методов, использующих указанный прием, является стриппинг-процесс «Стамикарбон».
По стриппинг-процессу в карбаматном конденсаторе высокого давления получают пар с давлением 0,35 МПа в количестве, достаточном для покрытия потребности установки в паре низкого давления (см. табл. IV. 1). Тепло, требуемое для дистиллятора, необходимо подводить с паром при 2,0—2,5 МПа.
Важная особенность стриппинг-процесса — наличие избыточного пара низкого давления. Количество пара, отводимого на сторону, зависит от местных условий. Следует лишь подчеркнуть, что использование пара низкого давления на компримирование CO2 дает значительную экономию затрат электроэнергии.
Компримирование CO2 с использованием парового привода [4]
Есть несколько путей использования энергии расширения пара высокого или низкого давления для привода компрессора CO2, который обычно имеет потребляемую мощность около 100 кВт (в расчете на 1 т/ч карбамида). Для примера рассмотрим некоторые из известных вариантов. Следует отметить, что при использовании пара низкого давления обычно требуется предварительный перегрев пара. Для этих целей служит перегретый пар высокого давления.
Компримирование CO2 поршневым компрессором с приводом от паровой турбины через редуктор. Рассмотрим случай, когда энергию, необходимую для аммиачных и карбаматных насосов, также получают от паровой турбины (рис. IV.7, а). Насыщенный пар при —0,4 1 МПа перегревают до 573 К и смешивают с паром при 2,5 МПа (перегретым до 603 К), который необходим для дистиллятора. На сжатие CO2 требуется 630 кг/т CO(NH2)2 пара при 0,4 МПа и 573 К. Удельная (на 1 т карбамида) экономия электроэнергии составит 378 МДж, дополнительное потребление пара высокого давления — 180 кг/т CO(NH2)2.
