RU2845730C1 - Apparatus and method for producing carbamide - Google Patents
Apparatus and method for producing carbamideInfo
- Publication number
- RU2845730C1 RU2845730C1 RU2024130221A RU2024130221A RU2845730C1 RU 2845730 C1 RU2845730 C1 RU 2845730C1 RU 2024130221 A RU2024130221 A RU 2024130221A RU 2024130221 A RU2024130221 A RU 2024130221A RU 2845730 C1 RU2845730 C1 RU 2845730C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- distillation
- condensation
- absorption
- gases
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам и способам для получения карбамида из аммиака и диоксида углерода.The invention relates to devices and methods for producing urea from ammonia and carbon dioxide.
Известны установки для получения карбамида, включающие реактор синтеза карбамида, аппараты для дистилляции на нескольких ступенях давления раствора карбамида, полученного при синтезе, аппараты для выпаривания водного раствора карбамида, полученного на последней ступени дистилляции, аппараты для конденсации-абсорбции газов дистилляции, средства для подачи аммиака и диоксида углерода в реактор синтеза карбамида, раствора синтеза карбамида из реактора синтеза в аппараты для дистилляции, водного раствора карбамида из аппарата для дистилляции последней ступени в аппараты для выпаривания, газов дистилляции из аппаратов для дистилляции в аппараты для конденсации-абсорбции, водного раствора углеаммонийных солей (УАС) из аппарата для конденсации-абсорбции более низкого давления в аппарат для конденсации-абсорбции более высокого давления и из аппарата для конденсации-абсорбции более высокого давления в реактор синтеза (В.И. Кучерявый, В.В. Лебедев. Синтез и применение карбамида, Л.: Химия, 1970, с. 187-208).There are known installations for obtaining urea, including a urea synthesis reactor, apparatuses for distillation at several pressure stages of the urea solution obtained during synthesis, apparatuses for evaporation of the aqueous solution of urea obtained in the last stage of distillation, apparatuses for condensation-absorption of distillation gases, means for feeding ammonia and carbon dioxide into the urea synthesis reactor, the urea synthesis solution from the synthesis reactor into distillation apparatuses, an aqueous solution of urea from the apparatus for distillation of the last stage into evaporation apparatuses, distillation gases from the distillation apparatuses into condensation-absorption apparatuses, an aqueous solution of ammonium carbonate salts (ACS) from the apparatus for condensation-absorption of lower pressure into the apparatus for condensation-absorption of higher pressure and from the apparatus for condensation-absorption of higher pressure into the synthesis reactor (V.I. Kucheryavy, V.V. Lebedev. Synthesis and application of urea, L.: Chemistry, 1970, pp. 187-208).
Известны способы получения карбамида взаимодействием аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температуре и давлении с образованием потока раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода, разложением карбамата аммония в растворе синтеза карбамида при подводе тепла на нескольких ступенях давления с образованием водного раствора карбамида и газовых потоков, конденсацией-абсорбцией газовых потоков с использованием водных абсорбентов и образованием водного раствора УАС, рециркулируемого в зону синтеза раствора карбамида, выпариванием водного раствора карбамида и получением твердого карбамида (В.И. Кучерявый, В.В. Лебедев. Синтез и применение карбамида, Л.: Химия, 1970, с. 187-208).There are known methods for producing urea by the interaction of ammonia and carbon dioxide in the synthesis zone at elevated temperature and pressure with the formation of a flow of urea synthesis solution containing urea, water, ammonium carbamate, ammonia and carbon dioxide, the decomposition of ammonium carbamate in the urea synthesis solution with the supply of heat at several pressure stages with the formation of an aqueous solution of urea and gas flows, condensation-absorption of gas flows using aqueous absorbents and the formation of an aqueous solution of UAC, recirculated into the urea solution synthesis zone, evaporation of the aqueous solution of urea and the production of solid urea (V.I. Kucheryavy, V.V. Lebedev. Synthesis and Application of Urea, Leningrad: Chemistry, 1970, pp. 187-208).
Известна установка для получения карбамида, включающая реактор синтеза карбамида, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида высокого давления, состоящее из сепаратора высокого давления и пленочного теплообменника, установка содержит средства для подачи потока газовой фазы из сепаратора высокого давления в нижнюю часть пленочного теплообменника, оснащенные редукционным устройством, предпочтительно клапаном для понижения давления, который также обладает возможностью регулирования скорости потока газовой смеси, поступающей в нижнюю часть пленочного теплообменника, и установка содержит средства для подачи потока раствора синтеза карбамида из сепаратора высокого давления в верхнюю часть пленочного теплообменника, оснащенные редукционным устройством, предпочтительно клапаном для понижения давления, который также обладает возможностью регулирования уровня жидкости в сепараторе высокого давления за счет регулирования скорости жидкостного потока (RU 2617407, С07С 273/04, 2017).A plant for producing urea is known, comprising a urea synthesis reactor, a device with heat supply from an external source for distilling a high-pressure urea synthesis solution, consisting of a high-pressure separator and a film heat exchanger, the plant contains means for feeding a gas phase flow from the high-pressure separator to the lower part of the film heat exchanger, equipped with a pressure-reducing device, preferably a pressure-reducing valve, which also has the ability to regulate the flow rate of the gas mixture entering the lower part of the film heat exchanger, and the plant contains means for feeding a flow of urea synthesis solution from the high-pressure separator to the upper part of the film heat exchanger, equipped with a pressure-reducing device, preferably a pressure-reducing valve, which also has the ability to regulate the liquid level in the high-pressure separator by regulating the liquid flow rate (RU 2617407, C07C 273/04, 2017).
Известен способ получения карбамида, включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при высокой температуре и давлении в пределах от 12 до 20 МПа с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода в водном растворе, последующую подачу раствора синтеза карбамида на стадию разложения карбамата аммония, отделения аммиака и диоксида углерода при высоком давлении, включающую адиабатическую сепарацию в сепараторе высокого давления, работающем при давлении по существу равном давлению в зоне синтеза, с получением потока раствора синтеза карбамида и потока газовой фазы, а далее проводят дистилляцию в пленочном теплообменнике при подводе тепла из внешнего источника при давлении на 0,1-2,0 МПа ниже, чем давление в зоне синтеза, при этом полученный в сепараторе высокого давления поток раствора синтеза карбамида вводят в верхнюю часть пленочного теплообменника, а полученный в сепараторе высокого давления поток газовой фазы вводят в нижнюю часть пленочного теплообменника, осуществляют регулирование разности давления между сепаратором высокого давления и пленочным теплообменником путем размещения на линии вывода из сепаратора высокого давления потока газовой фазы клапана, регулирующего скорость и давление потока, осуществляют регулирование уровня жидкости в сепараторе высокого давления путем размещения на линии вывода из сепаратора высокого давления потока раствора синтеза карбамида клапана, регулирующего скорость и давление потока (RU 2617407, С07С 273/04, 2017).A method for producing urea is known, which includes reacting ammonia and carbon dioxide in a synthesis zone at high temperature and pressure in the range from 12 to 20 MPa to form a urea synthesis solution containing urea, ammonium carbamate, ammonia and carbon dioxide in an aqueous solution, then feeding the urea synthesis solution to the stage of decomposing ammonium carbamate, separating ammonia and carbon dioxide at high pressure, including adiabatic separation in a high-pressure separator operating at a pressure substantially equal to the pressure in the synthesis zone, to obtain a flow of urea synthesis solution and a flow of gas phase, and then distillation is carried out in a film heat exchanger with heat supplied from an external source at a pressure 0.1-2.0 MPa lower than the pressure in the synthesis zone, wherein the flow of urea synthesis solution obtained in the high-pressure separator is introduced into the upper part of the film heat exchanger, and the gas phase flow obtained in the high-pressure separator is introduced into the lower part of the film heat exchanger, the pressure difference between the high-pressure separator and the film heat exchanger is regulated by placing a valve on the line for the outlet of the gas phase flow from the high-pressure separator that regulates the flow rate and pressure, the liquid level in the high-pressure separator is regulated by placing a valve on the line for the outlet of the urea synthesis solution flow from the high-pressure separator that regulates the flow rate and pressure (RU 2617407, C07C 273/04, 2017).
При реализации данного способа в данной установке путем совместной работы клапанов, размещенных на средствах для подачи жидкостного и газового потоков из сепаратора высокого давления в пленочный теплообменник, представляющий собой стриппер-дистиллятор, регулируется количество газовой смеси, поступающей в нижнюю часть пленочного теплообменника и, таким образом достигается технический результат -оптимизация работы пленочного теплообменника. При этом газовая смесь содержит пассивирующий агент (воздух), который добавляется к исходному потоку диоксида углерода, поступающему в реактор (в количестве 0,1-0,3% в молях по отношению к молям диоксида углерода). Подача газового потока, содержащего пассивирующий агент, в нижнюю часть стриппера-дистиллятора осуществляется с целью увеличения коррозионной стойкости стриппера-дистиллятора.When implementing this method in this unit, by means of the joint operation of valves placed on the means for feeding liquid and gas flows from the high-pressure separator to the film heat exchanger, which is a stripper-distiller, the amount of gas mixture entering the lower part of the film heat exchanger is regulated and, thus, the technical result is achieved - optimization of the film heat exchanger operation. In this case, the gas mixture contains a passivating agent (air), which is added to the initial flow of carbon dioxide entering the reactor (in an amount of 0.1-0.3% in moles relative to the moles of carbon dioxide). The gas flow containing the passivating agent is fed to the lower part of the stripper-distiller in order to increase the corrosion resistance of the stripper-distiller.
К недостаткам данной установки и реализуемого в ней способа следует отнести следующие факторы.The disadvantages of this installation and the method implemented in it include the following factors.
Соотношение количества газовой и жидкостной фазы на выходе из реактора регулируется параметрами давления и температуры в реакторе. Поток раствора синтеза из ректора синтеза попадает в сепаратор высокого давления. Поскольку давление в сепараторе высокого давления практически равно давлению в реакторе синтеза, то в сепараторе высокого давления происходит прежде всего отделение газовой фазы, содержащей непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода, инертные газы и пассивирующий агент, при этом предпочтительное количество отделяемой газовой фазы составляет 1-4% по отношению к жидкостной фазе, и регулируется изменением температуры в реакторе синтеза.The ratio of the amount of gas and liquid phase at the reactor outlet is regulated by the pressure and temperature parameters in the reactor. The flow of synthesis solution from the synthesis reactor enters the high-pressure separator. Since the pressure in the high-pressure separator is practically equal to the pressure in the synthesis reactor, the high-pressure separator primarily separates the gas phase containing unreacted ammonia and carbon dioxide, inert gases and a passivating agent, with the preferred amount of the separated gas phase being 1-4% relative to the liquid phase, and is regulated by changing the temperature in the synthesis reactor.
Жидкостный поток, выходящий из сепаратора высокого давления, подвергают дросселированию на 0,1-2,0 МПа и затем подают в верхнюю часть стриппера-дистиллятора. Данный жидкостный поток представляет собой газожидкостную смесь, находящуюся в состоянии фазового равновесия. Дросселирование данной смеси сдвигает фазовое равновесие газожидкостной смеси, вследствие чего при поступлении в верхнюю часть стриппера-дистиллятора происходит отделение газовой фазы из смеси, что приводит к эффекту «вскипания» с образованием значительного количества пены, данное явление ухудшает равномерность распределения жидкостного потока по трубкам стриппера-дистиллятора и ухудшает равномерность образования пленки в трубной части стриппера-дистиллятора. Также значительное количество пены приводит к неравномерности и общему увеличению гидравлического сопротивления слоя жидкости на трубной решетке, что усложняет выход газовой фазы из трубок стриппера-дистиллятора и препятствует равномерному распределению по трубкам газа, подаваемому в нижнюю часть стриппера-дистиллятора. В совокупности эти явления снижают эффективность проведения процесса стриппинга и приводят к резкому увеличению скорости коррозии.The liquid flow leaving the high-pressure separator is throttled by 0.1-2.0 MPa and then fed to the upper part of the stripper-distiller. This liquid flow is a gas-liquid mixture in a state of phase equilibrium. Throttling of this mixture shifts the phase equilibrium of the gas-liquid mixture, as a result of which, when entering the upper part of the stripper-distiller, the gas phase is separated from the mixture, which leads to the effect of "boiling" with the formation of a significant amount of foam, this phenomenon worsens the uniformity of the liquid flow distribution along the tubes of the stripper-distiller and worsens the uniformity of film formation in the tube part of the stripper-distiller. Also, a significant amount of foam leads to unevenness and a general increase in the hydraulic resistance of the liquid layer on the tube sheet, which complicates the exit of the gas phase from the stripper-distiller tubes and prevents uniform distribution of gas through the tubes supplied to the bottom of the stripper-distiller. Together, these phenomena reduce the efficiency of the stripping process and lead to a sharp increase in the corrosion rate.
Наиболее близкой к предложенной является установка для получения карбамида, включающая реактор синтеза карбамида, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида высокого давления, состоящее из сепаратора высокого давления и пленочного теплообменника, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида среднего давления, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида низкого давления, теплообменник-рекуператор для предварительного выпаривания водного раствора карбамида, полученного при дистилляции низкого давления, устройство для последующего выпаривания водного раствора карбамида, устройства для конденсации-абсорбции при охлаждении газов дистилляции, высокого, среднего и низкого давления, средства для подачи аммиака и диоксида углерода в реактор синтеза карбамида, свежего диоксида углерода в пленочный теплообменник, раствора синтеза карбамида из реактора синтеза карбамида в сепаратор высокого давления, оснащенные устройством для дросселирования на 0,01-0,4 МПа, средства для подачи раствора синтеза карбамида из сепаратора высокого давления в пленочный теплообменник, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для дистилляции среднего давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции среднего давления в устройство для дистилляции низкого давления, водного раствора карбамида из устройства для дистилляции низкого давления в теплообменник-рекуператор и из теплообменника-рекуператора в устройство для последующего выпаривания, газовой фазы из сепаратора высокого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из пленочного теплообменника в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из устройства для дистилляции среднего давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, газов дистилляции из устройства для дистилляции низкого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, водного раствора углеаммонийных солей из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, водного раствора углеаммонийных солей из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, в реактор синтеза (RU 2811862, С07С 273/04, 2024).The closest to the proposed one is a plant for producing urea, including a urea synthesis reactor, a device with heat supply from an external source for distillation of a high-pressure urea synthesis solution, consisting of a high-pressure separator and a film heat exchanger, a device with heat supply for distillation of a medium-pressure urea synthesis solution, a device with heat supply for distillation of a low-pressure urea synthesis solution, a heat exchanger-recuperator for preliminary evaporation of an aqueous urea solution obtained during low-pressure distillation, a device for subsequent evaporation of an aqueous urea solution, devices for condensation-absorption during cooling of distillation gases, high, medium and low pressure, means for feeding ammonia and carbon dioxide into the urea synthesis reactor, fresh carbon dioxide into the film heat exchanger, the urea synthesis solution from the urea synthesis reactor into the high-pressure separator, equipped with a device for throttling at 0.01-0.4 MPa, means for feeding the urea synthesis solution from the high-pressure separator to the film heat exchanger, the urea synthesis solution from the high-pressure distillation device to the medium-pressure distillation device, the urea synthesis solution from the medium-pressure distillation device to the low-pressure distillation device, an aqueous urea solution from the low-pressure distillation device to the heat exchanger-recuperator and from the heat exchanger-recuperator to the device for subsequent evaporation, the gas phase from the high-pressure separator to the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, distillation gases from the film heat exchanger to the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, distillation gases from the medium-pressure distillation device to the device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, distillation gases from the low-pressure distillation device to the device for condensation-absorption of low-pressure distillation gases, an aqueous solution of ammonium carbonate salts from the device for condensation-absorption of low-pressure distillation gases, into a device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, an aqueous solution of ammonium carbonate salts from a device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, into a device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, and from a device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, into a synthesis reactor (RU 2811862, C07C 273/04, 2024).
Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности является известный способ получения карбамида включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температуре и давлении с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода в водном растворе, последующую подачу раствора синтеза карбамида на стадии разложения карбамата аммония, отделения аммиака и диоксида углерода на нескольких ступенях давления, включая дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла из внешнего источника высокого давления при 14,0-16,5 МПа, среднего давления при 1,5-2,5 МПа и низкого давления при 0,2-0,5 МПа с образованием водного раствора карбамида и газов дистилляции, конденсацию-абсорбцию при охлаждении газов дистилляции с использованием водных абсорбентов и образованием водных растворов углеаммонийных солей, рециркуляцию водного раствора углеаммонийных солей со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону синтеза, выпаривание водного раствора карбамида в несколько ступеней, дистилляцию высокого давления раствора синтеза карбамида проводят последовательно в двух зонах, в первой из которых проводят адиабатическое дросселирование раствора синтеза карбамида до давления, по меньшей мере на 0,01-0,4 МПа ниже, чем давление синтеза и проводят последующую адиабатическую сепарацию в сепараторе высокого давления, с получением потока раствора синтеза карбамида и потока газовой фазы, а во второй проводят дистилляцию при подводе тепла из внешнего источника в токе диоксида углерода (RU 2811862, С07С 273/04, 2024).The closest to the proposed method in technical essence is a known method for producing urea, which includes the interaction of ammonia and carbon dioxide in the synthesis zone at elevated temperature and pressure to form a urea synthesis solution containing urea, ammonium carbamate, ammonia and carbon dioxide in an aqueous solution, followed by feeding the urea synthesis solution to the ammonium carbamate decomposition stage, separating ammonia and carbon dioxide at several pressure stages, including distillation of the urea synthesis solution with heat supply from an external source of high pressure at 14.0-16.5 MPa, medium pressure at 1.5-2.5 MPa and low pressure at 0.2-0.5 MPa to form an aqueous solution of urea and distillation gases, condensation-absorption during cooling of the distillation gases using aqueous absorbents and the formation of aqueous solutions of ammonium carbonate salts, recirculation of the aqueous solution ammonium carbonates from the stage of condensation-absorption of low-pressure distillation gases to the stage of condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, from the stage of condensation-absorption of medium-pressure distillation gases to the stage of condensation-absorption of high-pressure distillation gases, and from the stage of condensation-absorption of high-pressure distillation gases to the synthesis zone, evaporation of the aqueous solution of urea in several stages, high-pressure distillation of the urea synthesis solution is carried out sequentially in two zones, in the first of which adiabatic throttling of the urea synthesis solution is carried out to a pressure at least 0.01-0.4 MPa lower than the synthesis pressure and subsequent adiabatic separation is carried out in a high-pressure separator, with the production of a flow of urea synthesis solution and a gas phase flow, and in the second, distillation is carried out with the supply of heat from an external source in a stream of carbon dioxide (RU 2811862, C07C 273/04, 2024).
При реализации данного способа в данной установке поддержание необходимого уровня жидкости в сепараторе высокого давления, позволяющего поддерживать такой сепарационный объем для газовой и жидкой фазы, при котором отделяется максимальное количество газовой фазы, осуществляется путем управляемого перекрытия потоков газовой и жидкой фазы на выходе из сепаратора высокого давления, для чего используются клапаны классической конструкции типа «седельный клапан угловой». В сепараторе высокого давления происходит отделение газовой фазы в количестве до 10% масс, от массы поступающего в аппарат раствора синтеза карбамида. Для поддержания в контуре требуемых для осуществления процесса расходов используется энергия сжатого аммиака, подаваемого в эжектор.When implementing this method in this unit, maintaining the required liquid level in the high-pressure separator, which allows maintaining such a separation volume for the gas and liquid phase, at which the maximum amount of the gas phase is separated, is carried out by controlled shutoff of the gas and liquid phase flows at the outlet of the high-pressure separator, for which valves of the classical design of the "angular saddle valve" type are used. In the high-pressure separator, the gas phase is separated in an amount of up to 10% of the mass from the mass of the urea synthesis solution entering the apparatus. To maintain the required flow rates in the circuit for the process, the energy of compressed ammonia supplied to the ejector is used.
При управлении потоком жидкой фазы при помощи седельного клапана неизбежно возникает гидравлическое сопротивление, превышающее величину гидростатического столба между уровнем жидкости в сепараторе высокого давления и уровнем жидкости в распределительной камере верхней части пленочного теплообменника, представляющего собой стриппер-дистиллятор, при этом давление в сепараторе создается и регулируется при помощи клапана, расположенного на линии выхода газовой фазы из сепаратора высокого давления. Величина гидравлического сопротивления седельного клапана составляет порядка 0,05 МПа.When controlling the liquid phase flow using a saddle valve, hydraulic resistance inevitably arises, exceeding the value of the hydrostatic column between the liquid level in the high-pressure separator and the liquid level in the distribution chamber of the upper part of the film heat exchanger, which is a stripper distiller, while the pressure in the separator is created and regulated using a valve located on the gas phase outlet line from the high-pressure separator. The hydraulic resistance of the saddle valve is about 0.05 MPa.
Из-за наличия разницы давлений жидкая фаза, поступающая на распределительное устройство в верхней части пленочного стриппера-дистиллятора, вскипает в аппарате с образованием газовой эмульсии, вследствие чего происходит формирование пены, что ухудшает работу стриппера-дистиллятора, а именно, вызывает неравномерность распределения жидкости на трубной решетке и ухудшает равномерность распределения пленки в трубках стриппера-дистиллятора, что может привести к перегреву отдельных трубок и увеличению скорости их коррозии, а также к снижению эффективности разложения карбамата аммония.Due to the presence of a pressure difference, the liquid phase entering the distribution device in the upper part of the film stripper-distiller boils in the apparatus with the formation of a gas emulsion, as a result of which foam is formed, which worsens the operation of the stripper-distiller, namely, causes uneven distribution of liquid on the tube sheet and worsens the uniformity of the distribution of the film in the tubes of the stripper-distiller, which can lead to overheating of individual tubes and an increase in the rate of their corrosion, as well as to a decrease in the efficiency of the decomposition of ammonium carbamate.
Также к недостаткам использования двух параллельно работающих клапанов следует отнести повышенные затраты на установку двух классических клапанов высокого давления, низкую надежность, необходимость постоянного контроля баланса давления, возможность скачков давления, которые могут повредить внутренние устройства стриппера-дистиллятора, также возможны колебания уровня жидкости в стриппере-дистилляторе, что также приводит к ухудшению равномерности распределения жидкости по трубкам стриппера-дистиллятора и нарушению стабильной работы аппарата.Also, the disadvantages of using two parallel valves include increased costs for installing two classic high-pressure valves, low reliability, the need for constant pressure balance monitoring, the possibility of pressure surges that can damage the internal devices of the stripper-distiller, and possible fluctuations in the liquid level in the stripper-distiller, which also leads to a deterioration in the uniformity of liquid distribution through the tubes of the stripper-distiller and disruption of the stable operation of the device.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании известных способа и установки для получения карбамида и повышении их энергоэффективности, экономичности и надежности.The problem solved by the proposed invention consists in improving the known method and installation for obtaining urea and increasing their energy efficiency, cost effectiveness and reliability.
Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в снижении давления аммиака, подаваемого в эжектор высокого давления, улучшения отгонки газовой фазы в сепараторе высокого давления устройства для дистилляции высокого давления, снижении остаточного вскипания жидкости в пленочном теплообменнике, представляющем собой стриппер-дистиллятор, снижении коррозии и улучшении эффективности разложения карбамата аммония в стриппере-дистилляторе, надежности работы стриппера-дистиллятора, снижении капитальных затрат на приобретение, установку и эксплуатацию регулирующих клапанов, а также обеспечении стабильного технологического режима.The technical result obtained by implementing the invention consists in reducing the pressure of ammonia supplied to the high-pressure ejector, improving the distillation of the gas phase in the high-pressure separator of the high-pressure distillation device, reducing the residual boiling of the liquid in the film heat exchanger, which is a stripper-distiller, reducing corrosion and improving the efficiency of decomposition of ammonium carbamate in the stripper-distiller, the reliability of the stripper-distiller, reducing capital costs for the acquisition, installation and operation of control valves, and ensuring a stable process mode.
Для достижения этого результата предложена установка для получения карбамида, включающая реактор синтеза карбамида, устройство с подводом тепла из внешнего источника для дистилляции раствора синтеза карбамида высокого давления, состоящее из сепаратора высокого давления и пленочного теплообменника, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида среднего давления, устройство с подводом тепла для дистилляции раствора синтеза карбамида низкого давления, теплообменник-рекуператор для предварительного выпаривания водного раствора карбамида, полученного при дистилляции низкого давления, устройство для последующего выпаривания водного раствора карбамида, устройства для конденсации-абсорбции при охлаждении газов дистилляции, высокого, среднего и низкого давления, средства для подачи аммиака и диоксида углерода в реактор синтеза карбамида, свежего диоксида углерода в пленочный теплообменник, раствора синтеза карбамида из реактора синтеза карбамида в сепаратор высокого давления, оснащенные устройством для дросселирования на 0,01-0,4 МПа, средства для подачи раствора синтеза карбамида из сепаратора высокого давления в пленочный теплообменник, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции высокого давления в устройство для дистилляции среднего давления, раствора синтеза карбамида из устройства для дистилляции среднего давления в устройство для дистилляции низкого давления, водного раствора карбамида из устройства для дистилляции низкого давления в теплообменник-рекуператор и из теплообменника-рекуператора в устройство для последующего выпаривания, газовой фазы из сепаратора высокого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из пленочного теплообменника в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, газов дистилляции из устройства для дистилляции среднего давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, газов дистилляции из аппарата для дистилляции низкого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, водного раствора углеаммонийных солей из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, водного раствора углеаммонийных солей из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, в реактор синтеза, отличающаяся тем, что средства для подачи раствора синтеза карбамида из сепаратора высокого давления в пленочный теплообменник оснащены устройством для регулирования объемного расхода потока, а средства для подачи газовой фазы из сепаратора высокого давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления не содержат устройств, регулирующих объемный расход потока.In order to achieve this result, a plant for producing urea is proposed, comprising a urea synthesis reactor, a device with heat supply from an external source for distilling a high-pressure urea synthesis solution, consisting of a high-pressure separator and a film heat exchanger, a device with heat supply for distilling a medium-pressure urea synthesis solution, a device with heat supply for distilling a low-pressure urea synthesis solution, a heat exchanger-recuperator for preliminary evaporation of an aqueous urea solution obtained during low-pressure distillation, a device for subsequent evaporation of an aqueous urea solution, devices for condensation-absorption during cooling of distillation gases, high, medium and low pressure, means for feeding ammonia and carbon dioxide into the urea synthesis reactor, fresh carbon dioxide into the film heat exchanger, the urea synthesis solution from the urea synthesis reactor into the high-pressure separator, equipped with a device for throttling at 0.01-0.4 MPa, means for feeding the urea synthesis solution from the high-pressure separator to the film heat exchanger, the urea synthesis solution from the high-pressure distillation device to the medium-pressure distillation device, the urea synthesis solution from the medium-pressure distillation device to the low-pressure distillation device, an aqueous urea solution from the low-pressure distillation device to the heat exchanger-recuperator and from the heat exchanger-recuperator to the device for subsequent evaporation, the gas phase from the high-pressure separator to the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, distillation gases from the film heat exchanger to the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, distillation gases from the medium-pressure distillation device to the device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, distillation gases from the low-pressure distillation apparatus to the device for condensation-absorption of low-pressure distillation gases, an aqueous solution of ammonium carbonate salts from devices for condensation-absorption of low-pressure distillation gases, into a device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, an aqueous solution of ammonium carbonate salts from the device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, into a device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, and from the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, into a synthesis reactor, characterized in that the means for feeding the urea synthesis solution from the high-pressure separator to the film heat exchanger are equipped with a device for regulating the volumetric flow rate, and the means for feeding the gas phase from the high-pressure separator to the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases do not contain devices regulating the volumetric flow rate.
Для достижения этого результата также предложен способ получения карбамида, включающий взаимодействие аммиака и диоксида углерода в зоне синтеза при повышенных температуре и давлении с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, карбамат аммония, аммиак и диоксид углерода в водном растворе, последующую подачу раствора синтеза карбамида на стадии разложения карбамата аммония, отделения аммиака и диоксида углерода на нескольких ступенях давления, включая дистилляцию раствора синтеза карбамида при подводе тепла из внешнего источника высокого давления при 14,0-16,5 МПа, среднего давления при 1,5-2,5 МПа и низкого давления при 0,2-0,5 МПа с образованием водного раствора карбамида и газов дистилляции, конденсацию-абсорбцию при охлаждении газов дистилляции с использованием водных абсорбентов и образованием водных растворов углеаммонийных солей, рециркуляцию водного раствора углеаммонийных солей со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, и со стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону синтеза, выпаривание водного раствора карбамида в несколько ступеней, дистилляцию высокого давления раствора синтеза карбамида проводят последовательно в двух зонах, в первой из которых проводят адиабатическое дросселирование раствора синтеза карбамида до давления, по меньшей мере на 0,01-0,4 МПа ниже, чем давление синтеза и проводят последующую адиабатическую сепарацию в сепараторе высокого давления, с получением потока раствора синтеза карбамида и потока газовой фазы, а во второй проводят дистилляцию при подводе тепла из внешнего источника в токе диоксида углерода, отличающийся тем, что осуществляют регулирование уровня жидкости в сепараторе высокого давления путем размещения на линии вывода потока раствора синтеза карбамида устройства, регулирующего объемный расход потока, при этом линия вывода газовой фазы не содержит устройств, регулирующих объемный расход потока.In order to achieve this result, a method for producing urea is also proposed, which includes the interaction of ammonia and carbon dioxide in the synthesis zone at elevated temperature and pressure to form a urea synthesis solution containing urea, ammonium carbamate, ammonia and carbon dioxide in an aqueous solution, followed by feeding the urea synthesis solution to the ammonium carbamate decomposition stage, separating the ammonia and carbon dioxide at several pressure stages, including distillation of the urea synthesis solution with heat supply from an external high-pressure source at 14.0-16.5 MPa, medium pressure at 1.5-2.5 MPa and low pressure at 0.2-0.5 MPa to form an aqueous solution of urea and distillation gases, condensation-absorption during cooling of the distillation gases using aqueous absorbents and the formation of aqueous solutions of ammonium carbonate salts, recirculation of the aqueous solution of ammonium carbonate salts from the stage of condensation-absorption of low-pressure distillation gases to the stage of condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, from the stage of condensation-absorption of medium-pressure distillation gases to the stage of condensation-absorption of high-pressure distillation gases, and from the stage of condensation-absorption of high-pressure distillation gases to the synthesis zone, evaporation of the aqueous solution of urea in several stages, high-pressure distillation of the urea synthesis solution is carried out sequentially in two zones, in the first of which adiabatic throttling of the urea synthesis solution is carried out to a pressure at least 0.01-0.4 MPa lower than the synthesis pressure and subsequent adiabatic separation is carried out in a high-pressure separator, with the production of a flow of urea synthesis solution and a gas phase flow, and in the second, distillation is carried out with the supply of heat from an external source in a stream of carbon dioxide, characterized in that the liquid level in the high-pressure separator is regulated by placing on the solution flow outlet line synthesis of urea of a device regulating the volumetric flow rate, wherein the gas phase outlet line does not contain devices regulating the volumetric flow rate.
Предпочтительно, чтобы в качестве устройства для регулирования объемного расхода потока, размещенного на средствах для подачи раствора синтеза карбамида из сепаратора высокого давления в пленочный теплообменник, был использован дисковый поворотный затвор (например, клапан типа «бабочка»).Preferably, a disk rotary valve (for example, a butterfly valve) is used as a device for regulating the volumetric flow rate of the flow, located on the means for feeding the urea synthesis solution from the high-pressure separator to the film heat exchanger.
Предпочтительно использование эжектора в качестве средства для подачи аммиака и водного раствора углеаммонийных солей из устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в реактор синтеза карбамида.It is preferable to use an ejector as a means for feeding ammonia and an aqueous solution of ammonium carbonate salts from a device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases into a urea synthesis reactor.
В рамках изобретения могут быть реализованы различные его модификации, являющиеся частными случаями его выполнения и позволяющие увеличить степень рекуперации тепла производственного цикла.Within the framework of the invention, various modifications can be implemented, which are special cases of its implementation and allow for an increase in the degree of heat recovery of the production cycle.
В одной из модификаций способа в первой зоне дистилляции высокого давления раствора синтеза карбамида проводят адиабатическое дросселирование раствора синтеза карбамида до давления предпочтительно на 0,1-0,2 МПа ниже, чем давление синтеза. Установка в этом случае включает средства для подачи раствора синтеза карбамида из реактора синтеза в сепаратор высокого давления устройства для дистилляции высокого давления, оснащенные устройством для дросселирования на 0,1 -0,2 МПа.In one modification of the method, in the first high-pressure distillation zone of the carbamide synthesis solution, adiabatic throttling of the carbamide synthesis solution is carried out to a pressure preferably 0.1-0.2 MPa lower than the synthesis pressure. In this case, the plant includes means for feeding the carbamide synthesis solution from the synthesis reactor to the high-pressure separator of the high-pressure distillation device, equipped with a device for throttling by 0.1-0.2 MPa.
В другой модификации способа газы дистилляции среднего давления направляют на стадию конденсации-абсорбции газов дистилляции ступени среднего давления после их теплообмена через стенку с водным раствором карбамида на ступени предварительного выпаривания. Установка в этом случае в качестве средств для подачи газов дистилляции из устройства для дистилляции среднего давления в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления включает средства для подачи газов дистилляции из устройства для дистилляции среднего давления в теплообменник-рекуператор и из теплообменника-рекуператора в устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления.In another modification of the method, the medium-pressure distillation gases are directed to the stage of condensation-absorption of distillation gases of the medium-pressure stage after their heat exchange through the wall with an aqueous solution of urea at the preliminary evaporation stage. In this case, the installation, as means for feeding distillation gases from the medium-pressure distillation device to the device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases, includes means for feeding distillation gases from the medium-pressure distillation device to the heat exchanger-recuperator and from the heat exchanger-recuperator to the device for condensation-absorption of medium-pressure distillation gases.
В третьей модификации способа конденсацию-абсорбцию газов дистилляции высокого давления проводят последовательно в двух зонах, в первой из которых проводят конденсацию, а во второй проводят адиабатическую сепарацию. Установка в этом случае включает устройство для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления, которое состоит из конденсатора высокого давления и сепаратора высокого давления, и установка содержит дополнительно средства для подачи водного раствора углеаммонийных солей из конденсатора высокого давления в сепаратор высокого давления.In the third modification of the method, the condensation-absorption of high-pressure distillation gases is carried out sequentially in two zones, in the first of which condensation is carried out, and in the second, adiabatic separation is carried out. In this case, the installation includes a device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases, which consists of a high-pressure condenser and a high-pressure separator, and the installation additionally contains means for feeding an aqueous solution of ammonium carbonate salts from the high-pressure condenser to the high-pressure separator.
В четвертой модификации способа дистилляцию раствора синтеза карбамида низкого давления проводят путем теплообмена через стенку с насыщенным водяным паром, образующимся в зоне конденсации на стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления. Установка в этом случае содержит дополнительно средства для подачи насыщенного водяного пара из конденсатора высокого давления устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону нагрева устройства для дистилляции низкого давления.In the fourth modification of the method, the distillation of the low-pressure urea synthesis solution is carried out by heat exchange through the wall with saturated water vapor formed in the condensation zone at the stage of condensation-absorption of high-pressure distillation gases. In this case, the installation additionally contains means for feeding saturated water vapor from the high-pressure condenser of the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases to the heating zone of the device for low-pressure distillation.
В пятой модификации способа дистилляцию раствора синтеза карбамида среднего давления проводят последовательно в двух зонах, в первой из которых проводят дистилляцию путем теплообмена через стенку с паровым конденсатом, образующимся в зоне дистилляции при подводе тепла высокого давления, а во второй проводят дистилляцию при подводе тепла в токе инертных газов, образующихся в зоне сепарации водного раствора углеаммонийных солей на стадии конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления. Установка в этом случае включает устройство для дистилляции среднего давления, которое состоит из сепаратора-подогревателя и дистиллятора-испарителя, и установка содержит дополнительно средства для подачи парового конденсата из пленочного теплообменника устройства для дистилляции высокого давления в зону нагрева сепаратора-подогревателя и средства для подачи инертных газов из сепаратора высокого давления устройства для конденсации-абсорбции газов дистилляции высокого давления в зону нагрева дистиллятора-испарителя.In the fifth modification of the method, the distillation of the medium-pressure urea synthesis solution is carried out sequentially in two zones, in the first of which distillation is carried out by heat exchange through the wall with the steam condensate formed in the distillation zone when high-pressure heat is supplied, and in the second, distillation is carried out when heat is supplied in a stream of inert gases formed in the separation zone of the aqueous solution of ammonium carbonate salts at the stage of condensation-absorption of high-pressure distillation gases. In this case, the installation includes a device for medium-pressure distillation, which consists of a separator-heater and a distiller-evaporator, and the installation additionally contains means for feeding the steam condensate from the film heat exchanger of the high-pressure distillation device to the heating zone of the separator-heater and means for feeding inert gases from the high-pressure separator of the device for condensation-absorption of high-pressure distillation gases to the heating zone of the distiller-evaporator.
Необходимый уровень жидкости в сепараторе высокого давления по предлагаемому изобретению определяется оптимальным режимом, при котором поддерживается необходимый сепарационный объем для газовой и жидкой фазы, который позволяет отделить максимальное количество газовой фазы, при этом для поддержания в контуре требуемых для осуществления процесса расходов используется энергия сжатого аммиака, подаваемого в эжектор.The required liquid level in the high-pressure separator according to the proposed invention is determined by the optimal mode, in which the required separation volume for the gas and liquid phase is maintained, which allows the maximum amount of the gas phase to be separated, while the energy of compressed ammonia supplied to the ejector is used to maintain the required flow rates in the circuit for carrying out the process.
В данном изобретении предложено для поддержания необходимого уровня жидкости в сепараторе высокого давления использовать дисковый поворотный затвор, расположенный на линии выхода жидкой фазы, который позволяет регулировать объемный расход потока, истекающего из сепаратора высокого давления, при этом линия выхода газовой фазы остается свободной от регулирующих устройств.The present invention proposes to use a rotary disc valve located on the liquid phase outlet line to maintain the required liquid level in the high-pressure separator, which makes it possible to regulate the volumetric flow rate of the flow flowing out of the high-pressure separator, while the gas phase outlet line remains free of control devices.
Оказалось, что конструкция дискового поворотного затвора позволяет управляемо перекрывать жидкостный поток раствора синтеза карбамида при перепаде давления не превышающем гидростатический перепад между уровнем жидкости в сепараторе высокого давления и уровнем жидкости в распределительной камере верхней части стриппера-дистиллятора, при этом не требуется использования регулирующих устройств на линии выхода газовой фазы из сепаратора высокого давления.It turned out that the design of the rotary disc valve allows for controlled shut-off of the liquid flow of the urea synthesis solution with a pressure drop not exceeding the hydrostatic drop between the liquid level in the high-pressure separator and the liquid level in the distribution chamber of the upper part of the stripper-distiller, while not requiring the use of control devices on the gas phase outlet line from the high-pressure separator.
Величина гидравлического сопротивления, создаваемая дисковым поворотным затвором в открытом состоянии, незначительно превышает давление, создаваемое свободной частью трубопровода. В рабочем режиме величина гидравлического сопротивления, создаваемого дисковым поворотным затвором, не превышает 0,03 МПа.The value of hydraulic resistance created by the butterfly valve in the open state slightly exceeds the pressure created by the free part of the pipeline. In the operating mode, the value of hydraulic resistance created by the butterfly valve does not exceed 0.03 MPa.
При использовании дискового поворотного затвора на линии подачи жидкой фазы из сепаратора высокого давления в стриппер-дистиллятор в качестве движущей силы процесса используется исключительно перепад высот между уровнем жидкости в сепараторе высокого давления и уровнем жидкости в распределительной камере верхней части стриппера-дистиллятора, что позволяет избежать значительного перепада между давлением газовой фазы в сепараторе высокого давления и давлением газовой фазы в распределительной камере верхней части стриппера-дистиллятора и добиться уменьшения остаточного вскипания в объеме стриппера-дистиллятора.When using a rotary disc valve on the liquid phase feed line from the high-pressure separator to the stripper-distiller, the driving force of the process is exclusively the difference in height between the liquid level in the high-pressure separator and the liquid level in the distribution chamber of the upper part of the stripper-distiller, which makes it possible to avoid a significant difference between the pressure of the gas phase in the high-pressure separator and the pressure of the gas phase in the distribution chamber of the upper part of the stripper-distiller and to achieve a reduction in residual boiling in the volume of the stripper-distiller.
В этих условиях не требуется установка регулирующих устройств на линии выхода газовой фазы из сепаратора высокого давления, и, как следствие, не расходуется напор эжектора на преодоление газовой фазой данного участка трубопровода. За счет устранения регулирующего клапана на линии выхода газовой фазы из сепаратора высокого давления и замены седельного углового клапана на дисковый поворотный затвор на линии выхода из сепаратора жидкой фазы достигается общее снижение гидравлического сопротивления контура синтеза высокого давления, что позволяет обеспечить снижение давления жидкого аммиака перед входом в эжектор высокого давления при сохранении производительности по готовому продукту.Under these conditions, no control devices are required on the gas phase outlet line from the high-pressure separator, and, as a result, the ejector pressure is not spent on the gas phase overcoming this section of the pipeline. By eliminating the control valve on the gas phase outlet line from the high-pressure separator and replacing the angular saddle valve with a rotary disc valve on the liquid phase outlet line from the separator, a general reduction in the hydraulic resistance of the high-pressure synthesis circuit is achieved, which allows for a reduction in the liquid ammonia pressure before entering the high-pressure ejector while maintaining the finished product productivity.
Также вследствие удаления седельного углового клапана на выходе газовой фазы из сепаратора высокого давления снижается давление газовой фазы в сепараторе, что обеспечивает более полный переход веществ в газовую фазу в объеме сепаратора высокого давления.Also, due to the removal of the angular saddle valve at the outlet of the gas phase from the high-pressure separator, the pressure of the gas phase in the separator is reduced, which ensures a more complete transition of substances into the gas phase in the volume of the high-pressure separator.
Таким образом, реализация изобретения позволяет добиться снижения давления аммиака (на 1% по сравнению с прототипом) за счет снижения напора эжектора, а также улучшения отгонки газовой фазы в сепараторе высокого давления (на 1% по сравнению с прототипом) с уменьшением остаточного вскипания в объеме стриппера-дистиллятора. Уменьшение остаточного вскипания в стриппере-дистилляторе позволяет добиться более стабильного уровня жидкости на поверхности трубной решетки, улучшения равномерности распределения пленки жидкости в трубках стриппера-дистиллятора, вследствие чего увеличивается степень разложения карбамата аммония (на 1% по сравнению с прототипом), что повышает эффективность работы стриппера-дистиллятора, а также улучшение равномерности распределения пленки жидкости снижает вероятность перегрева отдельных трубок, что снижает коррозию и увеличивает надежность работы аппарата. Снижение напора эжектора позволяет снизить затраты энергии на работу аммиачного насоса, что увеличивает энергоэффективность процесса.Thus, the implementation of the invention allows to achieve a decrease in the ammonia pressure (by 1% compared to the prototype) due to a decrease in the ejector pressure, as well as an improvement in the distillation of the gas phase in the high-pressure separator (by 1% compared to the prototype) with a decrease in residual boiling in the stripper-distiller volume. A decrease in residual boiling in the stripper-distiller allows to achieve a more stable liquid level on the surface of the tube sheet, an improvement in the uniformity of the liquid film distribution in the stripper-distiller tubes, as a result of which the degree of ammonium carbamate decomposition increases (by 1% compared to the prototype), which increases the efficiency of the stripper-distiller, and an improvement in the uniformity of the liquid film distribution reduces the likelihood of overheating of individual tubes, which reduces corrosion and increases the reliability of the apparatus. A decrease in the ejector pressure allows to reduce energy costs for the operation of the ammonia pump, which increases the energy efficiency of the process.
Удаление седельного углового клапана на выходе газовой фазы из сепаратора высокого давления и замена седельного углового клапана на дисковый поворотный затвор на линии выхода из сепаратора жидкой фазы позволяет снизить капитальные затраты на приобретение, установку и эксплуатацию регулирующих клапанов на выходе потоков из сепаратора высокого давления, а также обеспечить стабильный технологический режим.Removing the angular seat valve at the gas phase outlet of the high-pressure separator and replacing the angular seat valve with a butterfly valve at the liquid phase outlet of the separator reduces capital costs for the purchase, installation and operation of control valves at the outlet of flows from the high-pressure separator, and also ensures a stable process mode.
Сущность изобретения иллюстрируется приведенным ниже примером со ссылкой на технологическую схему, изображенную на прилагаемой фигуре, которые являются одними из возможных вариантов реализации предложенных установки и способа.The essence of the invention is illustrated by the example given below with reference to the process flow diagram shown in the attached figure, which are one of the possible options for implementing the proposed installation and method.
Пример 1. В реактор 1 синтеза карбамида подаются поток газообразного диоксида углерода 2 и поток жидкого аммиака 3, который поступает из сети аммиака через эжектор высокого давления 4 (молярное соотношение NH3:CO2 в реакторе 1 составляет 3,1:1) совместно с потоком 5 водного раствора УАС из сепаратора высокого давления 6. В реакторе 1 при давлении 14,0-15,5 МПа и температуре 170-190°С протекает реакция синтеза карбамида с образованием раствора синтеза карбамида, содержащего карбамид, воду, карбамат аммония, не превращенный в карбамид, избыточный аммиак и инертные газы. Поток 7 раствора синтеза карбамида выводится из верхней части реактора 1, дросселирующим клапаном 8 давление потока 7 снижается на 0,2 МПа и далее поток 7 направляется в сепаратор высокого давления 9, где при температуре синтеза происходит разделение газовой и жидкой фаз потока 7. В результате из раствора синтеза карбамида выделяются газовый поток 10(11% масс, от массы потока 7 раствора синтеза карбамида), содержащий преимущественно непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода, и жидкий поток 11 освобожденного от непрореагировавшей газовой фазы раствора синтеза карбамида. Поток 11 раствора синтеза карбамида из сепаратора высокого давления 9 поступает в стриппер-дистиллятор 12, представляющий собой пленочный теплообменник. Объемный расход потока 11 регулируется в автоматическом режиме дисковым поворотным затвором 13 для поддержания необходимого уровня жидкости в сепараторе высокого давления 9. В рабочем режиме величина гидравлического сопротивления, создаваемого дисковым поворотным затвором 13, не превышает 0,03 МПа. В стриппере-дистилляторе 12 при нагреве паром высокого давления (избыточное давление 2,1 МПа, температура 215°С) в токе выделяющихся из раствора синтеза карбамида газов и в токе потока 14 диоксида углерода, которые выполняют функцию стриппингующего агента, при 190°С происходит разложение большей части карбамата аммония и отгонка избыточного аммиака. В результате из раствора синтеза карбамида выделяются газовый поток 15, и жидкий поток 16 раствора синтеза карбамида. Газовый поток 15 из стриппера-дистиллятора 12 совместно с газовым потоком 10 из сепаратора высокого давления 9 подается в смеситель 17, куда также подают поток 18 водного раствора УАС из секции конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления. Выходящий из смесителя 17 объединенный газожидкостный поток 19 поступает в конденсатор высокого давления 20, где происходит конденсация газов с образованием раствора карбамата аммония. Газожидкостная смесь из конденсатора высокого давления 20 потоком 21 поступает в сепаратор высокого давления 6. В сепараторе высокого давления 6 происходит разделение газожидкостной смеси с образованием рециркулируемого в реактор 1 потока 5 водного раствора УАС и потока 22 несконденсированных газов. Поток 16 раствора синтеза карбамида с концентрацией 40-45% и температурой 195-200°С, выводимый из стриппера-дистиллятора 12, дросселируется до давления 1,6-1,8 МПа. Далее поток 16 раствора синтеза карбамида вводится в нижнюю часть сепаратора-подогревателя 23, где при температуре 125-135°С проводится отгонка аммиака, диоксида углерода и воды из раствора синтеза карбамида. В верхней части сепаратора-подогревателя 23 расположена сепарационная зона. Нижняя часть сепапатора-подогревателя 23 представляет собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, работающий в затопленном режиме, в межтрубное пространство которого потоком 24 поступает паровой конденсат из стриппера-дистиллятора 12. Сепаратор-подогреватель 23 обеспечивает предварительный нагрев и отгонку непрореагировавших компонентов из раствора синтеза карбамида, тем самым уменьшая газовую и тепловую нагрузку на дистиллятор среднего давления 25. Из сепаратора-подогревателя 23 раствор синтеза карбамида потоком 26 направляется в верхнюю часть дистиллятора среднего давления 25, где при температуре 154°С проводится отгонка аммиака, диоксида углерода и воды из раствора синтеза карбамида. Верхняя часть дистиллятора среднего давления 25 совмещает массообменную тарельчатую и сепарационную зоны. Нижняя часть дистиллятора среднего давления 25 представляет собой вертикальный кожухотрубчатый испаритель пленочного типа, куда в качестве стриппингующего агента потоком 22 подаются несконденсированные инертные газы из сепаратора высокого давления 6. Газы дистилляции среднего давления выводятся потоком 27 из сепаратора-подогревателя 23 и потоком 28 из дистиллятора среднего давления 25 и объединенным потоком 29 с температурой 135-152°С направляются в межтрубное пространство теплообменника-рекуператора 30. Поток 31 раствора синтеза карбамида выводится из дистиллятора среднего давления 25 с концентрацией 59-63% и температурой 155-165°С, дросселируется до давления 0,3 МПа и поступает дистиллятор низкого давления 32, где при температуре 130-140°С проводится отгонка аммиака, диоксида углерода и воды из раствора синтеза карбамида. Верхняя часть дистиллятора низкого давления 32 совмещает массообменную тарельчатую и сепарационную зоны. Нижняя часть дистиллятора низкого давления 32 представляет собой вертикальный кожухотрубчатый испаритель пленочного типа. Поток 33 водного раствора карбамида с концентрацией 66-72% выводится из дистиллятора низкого давления 32 и направляется в теплообменник-рекуператор 30, где при остаточном давлении 40-60 кПа происходит окончательная отгонка аммиака и диоксида углерода, а также упаривание раствора карбамида за счет использования тепла конденсации газов дистилляции среднего давления, поступающих потоком 29. Соковый пар из теплообменника-рекуператора 30 потоком 34 поступает в узел конденсации паров стадии выпаривания (на фигуре не показан). Далее раствор карбамида с концентрацией 75% выводится из теплообменника-рекуператора 30 и потоком 35 направляется на дальнейшее выпаривание и гранулирование известными способами (на фигуре не показаны). Газы дистилляции низкого давления выводятся потоком 36 из верхней части дистиллятора низкого давления 32 и с температурой 122-135°С направляются в конденсатор низкого давления 37, где происходит абсорбция и конденсация газов дистилляции низкого давления при охлаждении водой с образованием разбавленного водного раствора УАС. Полученный в конденсаторе низкого давления 37 водный раствор УАС потоком 38 подается в смеситель 39, где смешивается с потоком 40 газов дистилляции среднего давления, выходящим из межтрубного пространства теплообменника-рекуператора 30, после этого полученный смешанный поток 41 с температурой 95-110°С поступает в конденсатор среднего давления 42, а затем потоком 43 с температурой 90-100°С поступает в промывную колонну 44 для разделения фаз и отмывки газовой фазы от диоксида углерода. Газообразный аммиак из промывной колонны 44 направляется потоком 45 на конденсацию в аммиачный конденсатор 46, полученный жидкий аммиак потоком 47 частично рециркулируется в виде флегмы в промывную колонну 44, а остальная часть поступает в сеть аммиака. Несконденсировавшийся аммиак и инертные газы из аммиачного конденсатора 46 направляются потоком 48 в скруббер 49, оборудованный теплообменником и абсорбционной колонной. Получаемая в скруббере 49 аммиачная вода потоком 50 подается на орошение промывной колонны 44. Инертные газы из скруббера 49 потоком 51 сбрасываются в атмосферу. Водный раствор УАС с температурой 75-105°С из кубовой части промывной колонны 44 потоком 18 подается в смеситель 17. В межтрубном пространстве конденсатора высокого давления 20 при испарении парового конденсата, поступающего потоком 52 из дистиллятора среднего давления 25, за счет тепла образования карбамата аммония и растворения аммиака при 180°С образуется насыщенный водяной пар с избыточным давлением 0,45 МПа, который потоком 53 направляется в межтрубное пространство дистиллятора низкого давления 32.Example 1. A flow of gaseous carbon dioxide 2 and a flow of liquid ammonia 3, which comes from the ammonia network through a high-pressure ejector 4 (the molar ratio of NH3 : CO2 in reactor 1 is 3.1:1), are fed into reactor 1 for the synthesis of urea together with a flow 5 of an aqueous solution of UAN from a high-pressure separator 6. In reactor 1, at a pressure of 14.0-15.5 MPa and a temperature of 170-190°C, a reaction of urea synthesis occurs with the formation of a urea synthesis solution containing urea, water, ammonium carbamate not converted into urea, excess ammonia and inert gases. Stream 7 of the urea synthesis solution is withdrawn from the upper part of the reactor 1, the pressure of stream 7 is reduced by 0.2 MPa by throttling valve 8 and then stream 7 is directed to high-pressure separator 9, where the gas and liquid phases of stream 7 are separated at the synthesis temperature. As a result, gas stream 10 (11% by weight, from the weight of stream 7 of the urea synthesis solution), containing predominantly unreacted ammonia and carbon dioxide, and liquid stream 11 of the urea synthesis solution freed from the unreacted gas phase are separated from the urea synthesis solution. Stream 11 of the urea synthesis solution from high-pressure separator 9 is fed to stripper-distiller 12, which is a film heat exchanger. The volumetric flow rate of flow 11 is regulated automatically by rotary disk valve 13 to maintain the required liquid level in high-pressure separator 9. In the operating mode, the value of the hydraulic resistance created by rotary disk valve 13 does not exceed 0.03 MPa. In stripper-distiller 12, when heated by high-pressure steam (excess pressure 2.1 MPa, temperature 215°C) in the flow of gases released from the urea synthesis solution and in the flow of carbon dioxide flow 14, which act as a stripping agent, at 190°C, decomposition of the greater part of ammonium carbamate and distillation of excess ammonia occurs. As a result, gas flow 15 and liquid flow 16 of the urea synthesis solution are released from the urea synthesis solution. Gas flow 15 from stripper-distiller 12 together with gas flow 10 from high-pressure separator 9 is fed to mixer 17, where flow 18 of aqueous ammonium carbamate solution from the medium-pressure distillation gas condensation-absorption section is also fed. Combined gas-liquid flow 19 leaving mixer 17 enters high-pressure condenser 20, where gases are condensed to form ammonium carbamate solution. Gas-liquid mixture from high-pressure condenser 20 enters high-pressure separator 6 via flow 21. In high-pressure separator 6, separation of gas-liquid mixture occurs to form flow 5 of aqueous ammonium carbamate solution recirculated to reactor 1 and flow 22 of uncondensed gases. Flow 16 of the urea synthesis solution with a concentration of 40-45% and a temperature of 195-200°C, removed from stripper-distiller 12, is throttled to a pressure of 1.6-1.8 MPa. Then flow 16 of the urea synthesis solution is introduced into the lower part of separator-heater 23, where at a temperature of 125-135°C, ammonia, carbon dioxide and water are distilled from the urea synthesis solution. A separation zone is located in the upper part of separator-heater 23. The lower part of the separator-heater 23 is a vertical shell-and-tube heat exchanger operating in a flooded mode, into the intertube space of which steam condensate from the stripper-distiller 12 enters by stream 24. The separator-heater 23 provides preliminary heating and distillation of unreacted components from the urea synthesis solution, thereby reducing the gas and heat load on the medium-pressure distiller 25. From the separator-heater 23, the urea synthesis solution is directed by stream 26 to the upper part of the medium-pressure distiller 25, where at a temperature of 154°C, ammonia, carbon dioxide and water are distilled from the urea synthesis solution. The upper part of the medium-pressure distiller 25 combines the mass-exchange plate and separation zones. The lower part of the medium-pressure distiller 25 is a vertical shell-and-tube film-type evaporator, into which uncondensed inert gases from the high-pressure separator 6 are fed as a stripping agent by stream 22. The medium-pressure distillation gases are discharged by stream 27 from the separator-heater 23 and by stream 28 from the medium-pressure distiller 25 and by the combined stream 29 with a temperature of 135-152°C are directed into the intertube space of the heat exchanger-recuperator 30. Stream 31 of the urea synthesis solution is discharged from the medium-pressure distiller 25 with a concentration of 59-63% and a temperature of 155-165°C, throttled to a pressure of 0.3 MPa and fed to the low-pressure distiller 32, where ammonia is distilled off at a temperature of 130-140°C, carbon dioxide and water from the urea synthesis solution. The upper part of the low-pressure distiller 32 combines the mass-exchange plate and separation zones. The lower part of the low-pressure distiller 32 is a vertical shell-and-tube evaporator of the film type. Stream 33 of an aqueous solution of urea with a concentration of 66-72% is withdrawn from the low-pressure distiller 32 and sent to the heat exchanger-recuperator 30, where, at a residual pressure of 40-60 kPa, the final distillation of ammonia and carbon dioxide occurs, as well as evaporation of the urea solution due to the use of the condensation heat of the medium-pressure distillation gases entering via stream 29. Juice vapor from the heat exchanger-recuperator 30 via stream 34 enters the vapor condensation unit of the evaporation stage (not shown in the figure). Then the urea solution with a concentration of 75% is removed from the heat exchanger-recuperator 30 and is sent by stream 35 for further evaporation and granulation by known methods (not shown in the figure). Low-pressure distillation gases are removed by stream 36 from the upper part of the low-pressure distiller 32 and with a temperature of 122-135°C are sent to the low-pressure condenser 37, where absorption and condensation of low-pressure distillation gases occurs when cooled with water to form a dilute aqueous solution of UAS. The aqueous solution of UAS obtained in the low-pressure condenser 37 is fed by stream 38 to the mixer 39, where it is mixed with stream 40 of medium-pressure distillation gases leaving the inter-tube space of the heat exchanger-recuperator 30, after which the obtained mixed stream 41 with a temperature of 95-110°C enters the medium-pressure condenser 42, and then by stream 43 with a temperature of 90-100°C enters the washing column 44 for separating the phases and washing the gas phase from carbon dioxide. Gaseous ammonia from the washing column 44 is directed by stream 45 for condensation in the ammonia condenser 46, the obtained liquid ammonia by stream 47 is partially recirculated in the form of phlegm into the washing column 44, and the remaining part enters the ammonia network. Uncondensed ammonia and inert gases from ammonia condenser 46 are directed by flow 48 to scrubber 49, equipped with a heat exchanger and an absorption column. The ammonia water obtained in scrubber 49 is fed by flow 50 to irrigate washing column 44. Inert gases from scrubber 49 are discharged into the atmosphere by flow 51. An aqueous solution of UAS with a temperature of 75-105°C from the bottom part of the washing column 44 is fed by stream 18 to the mixer 17. In the intertube space of the high-pressure condenser 20, during the evaporation of the steam condensate, fed by stream 52 from the medium-pressure distiller 25, due to the heat of formation of ammonium carbamate and the dissolution of ammonia at 180°C, saturated water vapor with an excess pressure of 0.45 MPa is formed, which is directed by stream 53 to the intertube space of the low-pressure distiller 32.
Claims (14)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2845730C1 true RU2845730C1 (en) | 2025-08-25 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4314077A (en) * | 1976-09-09 | 1982-02-02 | Snamprogetti S.P.A. | Method for the production of urea and purification of water |
| RU2017727C1 (en) * | 1989-09-15 | 1994-08-15 | Снампрогетти С.П.А. | Method of producing derivatives of urea, carbamide and components of fertilizers |
| US20120302789A1 (en) * | 2010-01-07 | 2012-11-29 | Stamicarbon B.V. | Urea stripping process for the production of urea |
| RU2811862C1 (en) * | 2023-02-16 | 2024-01-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт карбамида и продуктов органического синтеза" (АО "НИИК") | Method and installation for producing urea |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4314077A (en) * | 1976-09-09 | 1982-02-02 | Snamprogetti S.P.A. | Method for the production of urea and purification of water |
| RU2017727C1 (en) * | 1989-09-15 | 1994-08-15 | Снампрогетти С.П.А. | Method of producing derivatives of urea, carbamide and components of fertilizers |
| US20120302789A1 (en) * | 2010-01-07 | 2012-11-29 | Stamicarbon B.V. | Urea stripping process for the production of urea |
| RU2811862C1 (en) * | 2023-02-16 | 2024-01-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт карбамида и продуктов органического синтеза" (АО "НИИК") | Method and installation for producing urea |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113195449B (en) | Urea production method and apparatus with heat integration in low pressure recovery section | |
| EP3436430B1 (en) | Urea production with bi-pressurized synthesis | |
| US11958792B2 (en) | Thermal stripping urea plant and process | |
| RU2845730C1 (en) | Apparatus and method for producing carbamide | |
| UA129847C2 (en) | Process and plant for the synthesis of urea | |
| CN118742537A (en) | Urea production with low biuret | |
| RU2831139C1 (en) | Method and apparatus for producing carbamide | |
| JP7252365B2 (en) | Urea production method and apparatus | |
| US20230265051A1 (en) | Urea production process and plant with parallel mp units | |
| RU2811862C1 (en) | Method and installation for producing urea | |
| CA2460516C (en) | Process for the preparation of urea | |
| WO2024172703A1 (en) | Method and apparatus for producing urea | |
| RU2788626C1 (en) | Method and device for producing urea | |
| EA044065B1 (en) | THERMAL STEAMING INSTALLATION AND METHOD FOR UREA PRODUCTION | |
| WO2025216634A1 (en) | Urea production plant with stripper bypass | |
| EA049501B1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING UREA | |
| EA050492B1 (en) | UREA PRODUCTION METHOD AND PARALLEL UNIT PLANT | |
| EA047090B1 (en) | UREA PRODUCTION METHOD AND PARALLEL UNIT PLANT |