Настоящее изобретение относится к способу модернизации установки для получения мочевины в соответствии с методом отгонки с диоксидом углерода. В частности, изобретение относится к способу модернизации установки для получения мочевины, имеющей реактор для синтеза мочевины, средства подачи аммиака и диоксида углерода в реактор для синтеза мочевины, аппарат для отгонки с диоксидом углерода, предназначенный для обработки отводимой из реактора реакционной смеси, включающей мочевину, карбамат и свободный аммиак в водном растворе, с частичным разложением карбамата и частичным выделением свободного аммиака с получением таким путем соответственно потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и потока, включающего мочевину и остаточный карбамат в водном растворе, секцию выделения для потока, включающего мочевину и остаточный карбамат в водном растворе, отходящего из отгонного аппарата, для отделения мочевины от остаточного карбамата в водном растворе, по меньшей мере, один вертикальный с пучком труб конденсационный аппарат пленочного типа для частичной конденсации потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, отходящего из отгонного аппарата с получением таким путем потока жидкости, включающего карбамат в водном растворе, и газового потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, средства подачи в реактор для синтеза мочевины соответственно потока, включающего карбамат в водном растворе, и потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и средства подачи в отгонный аппарат газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, инертных в отношении реакции синтеза мочевины, а из этого отгонного аппарата - в реактор для синтеза мочевины через конденсационный аппарат.
Использованное в приведенном ниже описании и прилагаемой формуле изобретения понятие "модифицирование" предназначено для обозначения модификации существующей установки с целью улучшить ее рабочие характеристики и добиться, например, повышения производительности и/или выхода продукта превращения, а также уменьшить энергозатраты. Так, в частности, при усовершенствовании установки для получения мочевины в соответствии с настоящим изобретением предусматривается повышение производительности основного оборудования секции синтеза под высоким давлением (синтезный контур).
В приведенном ниже описании и прилагаемой формуле изобретения понятие "конденсационный аппарат пленочного типа" использовано для обозначения аппарата, в котором конденсация газовой фазы происходит в пленке жидкости, стекающей вниз внутри множества трубок по принципу прямотока с газовым потоком. Эта пленка жидкости стекает по поверхности стенки трубки, тогда как газовая фаза проходит внутри трубок.
Изобретение относится также к способу получения мочевины и к установке для осуществления такого способа.
При получении мочевины, как известно, ощущается постоянно возрастающая потребность иметь установки, которые, с одной стороны, обладают при всех остальных условиях более высокими производительностью и эффективностью в эксплуатации, а с другой стороны, характеризуются более низкими капитальными затратами, эксплуатационными расходами и меньшими энергозатратами.
С этой целью в данной области техники недавно были предложены способы модернизации существующих установок для получения мочевины в соответствии с методом отгонки с диоксидом углерода, по существу основанные на модификации реактора для синтеза, на замене аппаратов, находящихся в технологической линии после реактора для синтеза, аппаратами большей емкости и/или на добавлении новых аппаратов, размещаемых параллельно существующим аппаратам.
Так, например, в ЕР-А 0796244 описан способ модернизации установки для получения мочевины, согласно которому предусмотрено добавление стадии частичного разложения карбамата в водном растворе, возвращаемом в реактор для синтеза. Такой способ модернизации дает возможность заметно уменьшить количество воды, возвращаемой в реактор для синтеза, что позволяет добиться увеличения выхода продукта превращения и, следовательно, производительности установки.
С одной из главных проблем, которые возникают при планировании увеличения производительности существующих установок для получения мочевины в соответствии с методом отгонки с диоксидом углерода, приходится сталкиваться в том случае, когда увеличивают емкость конденсационной секции высокого давления, которая может включать один или несколько конденсационных аппаратов.
В предложенных способах модернизации с целью увеличения производительности такой конденсационной секции всегда предусмотрено параллельное включение дополнительных конденсационных аппаратов пленочного типа или аппаратов, в которых обеспечен высокий коэффициент обмена, например, горизонтального конденсационного аппарата типа аппарата Кеттла (бассейновый конденсатор).
В некоторых случаях предусмотрена также замена существующей (их) установки (ок) новыми установками большей емкости.
Внедрение таких предложений очень негативно сказывается на инвестиционных затратах и на конструктивной сложности в сравнении с последствиями модернизации конденсационной секции в соответствии с вышеупомянутыми ранее известными в данной области техники способами.
Из-за этих недостатков усовершенствование установок для получения мочевины по методу отгонки с диоксидом углерода к настоящему времени нашло относительно узкое применение, несмотря на всевозрастающий промышленный интерес к модификации существующих установок (вместо их замены новыми установками) с целью повысить производительность и уменьшить энергозатраты.
Таким образом, задача, лежащая в основе создания настоящего изобретения, заключается в разработке способа модернизации установки для получения мочевины повышенной производительности, который обеспечивал бы низкие энергозатраты и инвестиционные расходы, а также был бы простым в осуществлении.
Еще одна задача изобретения заключается в создании модернизированных способа и установки для получения мочевины.
В соответствии с настоящим изобретением первая задача решается с помощью вышеуказанного способа, который отличается тем, что предусматривают средство подачи части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, совместно с частью газового потока, включающего один или несколько пассиваторов и отходящего из отгонного аппарата, непосредственно в реактор для синтеза мочевины, средство подачи основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, совместно с основной частью газового потока, включающего один или несколько пассиваторов и отходящего из отгонного аппарата, в по меньшей мере один конденсационный аппарат и по меньшей мере в одном конденсационном аппарате предусматривают средство, обеспечивающее практически полную конденсацию основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, с получением потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе.
Термин "основная часть" указывает на долю, которая превышает 50% от общего расхода потока аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, поступающего из отгонного аппарата. В зависимости от рабочих условий в реакторе для синтеза указанная основная часть может составлять 65-85% такого потока, например в пределах 70-75%.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения имеется возможность заметно увеличить коэффициент обмена и, следовательно, эффективность работы конденсационной секции, что позволяет устранить узкое место существующей установки и повысить общую производительность, обеспечив тем самым ее оптимальное увеличение.
Все это достигается простым и эффективным путем с минимальными и достаточно второстепенными вмешательствами в секцию синтеза под высоким давлением, которая, следовательно, сохраняется в практически неизменном виде, и при низких энергозатратах.
Таким образом, капиталовложения, затраты на внедрение и эксплуатационные расходы оказываются значительно более низкими, чем затраты, которые необходимы при осуществлении способов модернизации, соответствующих уровню техники.
Благодаря осуществлению предлагаемого способа существующая конденсационная секция не только не подвергается конструктивным модификациям, но и не заменяется новыми аппаратами, т.е. сохраняется в первоначальном виде, что является преимуществом, и в таком конденсационном (ых) аппарате (ах) необходимы лишь небольшие внутренние модификации с тем, чтобы добиться по существу полной конденсации вводимой в нее газовой фазы.
Наличие предусмотренного изобретением средства для разделения соответственно на меньшую и большую части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе (поступающего из отгонного аппарата), позволяет отказаться от пропускания части реагентов в газовой фазе, необходимой для регулирования реакционной температуры внутри реактора для синтеза, через конденсационный аппарат совместно с жидкой фазой, как это делается в данной области техники. Следуя этим путем, конденсационный аппарат можно внутренне модифицировать, чтобы иметь возможность конденсации по существу всех газообразных реагентов, которые включает основная часть потока, и, следовательно, вести процесс с максимально достижимой эффективностью.
Преимущество предлагаемого способа модернизации в этом отношении состоит в том, что в нем предлагается предусмотреть средство для преобразования вертикального конденсационного аппарата пленочного типа в вертикальный конденсационный аппарат "погружного" типа.
В приведенном ниже описании и прилагаемой формуле изобретения понятие "конденсационный аппарат погружного типа" служит для обозначения аппарата, в котором жидкая фаза заполняет (в нее погружен) пучок труб и в котором конденсация газовой фазы происходит при прохождении через такую жидкую фазу. Другими словами, в этом случае конденсационный аппарат работает в условиях, когда упомянутый пучок труб заполнен жидкостью, в чем и состоит его отличие от конденсационного аппарата пленочного типа, в котором трубки по существу пустуют.
Если говорить более конкретно, то существующий конденсационный аппарат целесообразно модифицировать за счет использования средства для подачи основной части потока, включающего аммиак, диоксид углерода в паровой фазе, в нижнюю часть пучка труб по меньшей мере одного аппарата и средства для циркуляции потока конденсационной жидкости, включающего карбамат в водном растворе и аммиак, внутри конденсационного аппарата с движением, подобным происходящему в термосифонной системе охлаждения.
При выполнении настоящего изобретения используют вертикальное положение и размеры существующего конденсационного аппарата, которые после преобразования обеспечивают наличие столба жидкости большей высоты (напора) и, следовательно, естественную ее циркуляцию внутри пучка труб (движение, подобное происходящему в термосифонной системе охлаждения).
Циркуляция жидкой фазы в соответствии с движением, подобным происходящему в термосифонной системе охлаждения, обусловлена разницей между значениями плотности потока, включающего жидкость и пары и проходящего в этом аппарате снизу вверх, и потока жидкости, направленного только вниз по соответствующим участкам пучка труб.
В этом отношении наиболее удовлетворительные результаты достигаются за счет размещения газораспределителя вблизи нижней части пучка труб с возможностью соединения со средством подачи основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, что позволяет распределять эти аммиак и диоксид углерода в паровой фазе преимущественно в заранее определенной центральной части пучка труб.
Преимущество такого выполнения состоит в том, что конденсация аммиака и диоксида углерода в паровой фазе происходит только в точно определенной части пучка труб, что способствует, таким образом, оптимальной циркуляции при движении жидкой фазы, подобном происходящему в термосифонной системе охлаждения, внутри конденсационного аппарата между частью пучка труб, по которой проходит поток материала с малой плотностью (газовая фаза, смешанная с жидкой фазой), и частью пучка труб (предпочтительно в периферийном положении), по которой проходит поток материала с большей плотностью (только жидкая фаза).
Что касается конденсационного аппарата пленочного типа, усовершенствованного по предлагаемому способу, то в нем обеспечивается эффективное перемешивание газовой фазы в жидкой фазе, благодаря чему достигаются заметное повышение коэффициента обмена внутри труб и, следовательно, повышение общего коэффициента обмена и эффективность существующей до этого конденсационной секции.
Это позволяет повысить производительность существующей конденсационной секции.
Результаты проведенных испытаний показывают, что возможно даже удвоение общего коэффициента обмена в существующем конденсационном аппарате.
Более того, благодаря модификации вертикального конденсационного (ых) аппарата (ов) его (их) преобразованием из пленочного типа в "погружной" тип с циркуляцией жидкой фазы, подобной происходящей в термосифонной системе охлаждения, можно простым и эффективным путем увеличить продолжительность пребывания в таких аппаратах вводимого в них карбамата, который получает возможность вступать во взаимодействие и частично превращаться в мочевину.
В таком варианте реализации изобретения существует возможность добиться даже увеличения на 10-20% общего объема реакционной зоны, т.е. продолжительности пребывания карбамата в конденсационном аппарате и в реакционной зоне. Преимущество этого состоит в том, что соответствующим образом увеличивается выход продукта превращения диоксида углерода в мочевину.
Для отвода из конденсационной секции потока, включающего карбамат в водном растворе и получаемую таким путем мочевину, без внесения существенных изменений в первоначальную конструкцию способ модернизации в соответствии с настоящим изобретением в предпочтительном варианте предусматривает размещение в конденсационном (ых) аппарате (ах) средства для сбора и подачи упомянутого потока из зоны над пучком труб в нижний конец этого конденсационного аппарата с возможностью соединения со средством подачи жидкой фазы в реактор для синтеза мочевины.
Важно отметить, что вопреки периодически повторяющимся в данной области техники высказываниям, согласно которым для модернизации конденсационной секции предлагается добавление новых конденсационных аппаратов или замена существующих новыми аппаратами с более высоким коэффициентом обмена, предлагаемый способ модернизации позволяет добиться такого же (если не большего) увеличения емкости существующего конденсационного (ых) аппарата (ов), в которые при этом (что является преимуществом) с конструктивной точки зрения вносят лишь небольшие изменения, но которые, если учитывать их работу, резко изменяются в лучшую сторону.
Этот результат является абсолютно неожиданным, если принять во внимание, что в соответствии с известными в данной области техники способами модернизации достижение существенного увеличения емкости конденсационной секции при наличии только существующей аппаратуры предполагается невозможным.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения предлагаемый способ модернизации дополнительно предусматривает размещение средства отвода основной части газового потока, включающего один или несколько пассиваторов совместно с возможными следами аммиака и диоксида углерода в паровую фазу, из такого по меньшей мере одного конденсационного аппарата и ее подачи в промывной аппарат, предусмотренный в технологической линии после реактора для синтеза мочевины.
Другими словами, благодаря введению соответствующего средства основную включающую пассиваторы часть газового потока, направляемого из отгонного аппарата в конденсационный аппарат, успешно отклоняют с подачей в любой из промывных аппаратов, размещенных в технологической линии после реакционной зоны, вместо того чтобы пропускать через нее.
Преимущество способа модернизации в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что его осуществление позволяет направлять в реактор для синтеза мочевины лишь небольшую часть газового потока, включающего пассиваторы, уменьшая, следовательно, до минимума содержание веществ, посторонних для реакции превращения, что благоприятствует общему выходу продукта превращения, который увеличивается на 1-3 процента, и одновременно с этим обеспечивает приемлемую защиту реакционной зоны от коррозии.
Аналогичным образом, как и в случае потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, в этом случае понятие "основная часть" также обозначает ту долю, которая превышает 50% от всего потока пассиваторов, отходящего из отгонного аппарата.
Например, в случае основной части, составляющей 65-85% потока инертного газа, в реактор для синтеза направляют только 15-35% таких инертных газов, тогда как для сравнения в известной технологии - до 100%, следствием чего являются заметные преимущества, связанные с увеличением выхода продукта превращения.
В этом отношении следует отметить, что в данной области техники для защиты аппаратов в секции синтеза установок для получения мочевины, в частности отгонного аппарата, от быстрого разрушения вследствие корродирующего действия участвующих в таком процессе веществ на практике в отгонный аппарат совместно с потоком диоксида углерода подают заданные количества пассиваторов (например, воздуха или кислорода). Таким образом, пассиваторы и другие возможные инертные вещества, которые могут содержаться в потоке диоксида углерода, проходят через конденсационный (ые) аппарат (ы), после чего их направляют в реактор для синтеза мочевины.
Поскольку рабочие условия имеют менее важное значение, чем в отгонном аппарате, количество пассиваторов, которое теоретически необходимо для защиты конденсационной секции и реакционной зоны, существенно меньше того количества, которое в действительности циркулирует в синтезном контуре.
Таким образом, потери выхода продукта превращения в реакционной зоне и, следовательно, недостаточная производительность из-за наличия избыточных количеств инертных веществ в такой реакционной зоне оказывают определенное влияние при осуществлении как способов получения мочевины с отгонкой в диоксиде углерода, так и способов модернизации установок для получения мочевины в соответствии с известными в данной области техники приемами.
Благодаря настоящему изобретению повышение степени превращения вследствие уменьшенного количества инертных веществ, содержащихся в реакционной зоне, в сочетании с повышением степени превращения вследствие вышеописанного увеличения общего объема реакционной зоны стало возможным довести до максимального прирост выхода продукта превращения в реакционной зоне и производительность существующей установки без создания при этом дисбалансов или неполадок в технологической линии после реакционной зоны, в частности перегрузок в существующей конденсационной секции.
Более того, стоит отметить, что при вышеупомянутых увеличениях выхода продукта превращения возникает благоприятная возможность сохранить на низком уровне энергозатраты, а в некоторых случаях даже уменьшить расход водяного пара в сравнении с расходом на существующей немодернизированной установке.
В предпочтительном варианте основную часть и часть потока, включающего аммиак и диоксид углерода, соответственно в паровой фазе газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, в соответствии с предлагаемым способом модернизации регулируют благодаря стадии, на которой среди средств отвода основной части газового потока, включающего один или несколько пассиваторов совместно с возможными следами аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, из конденсационного аппарата и подачи в промывной аппарат размещают приемлемое регулирующее средство.
Кроме того, предусматривают средство повышения скорости потока, включающего охлаждающую воду, направляемого по меньшей мере в один конденсационный аппарат.
Еще одним объектом изобретения является способ получения мочевины, который предусматривает взаимодействие аммиака и диоксида углерода в реакторе с получением реакционной смеси, включающей мочевину, карбамат и свободный аммиак в водном растворе, подачу реакционной смеси в секцию отгонки с диоксидом углерода и обработки смеси с частичным разложением карбамата и частичным выделением свободного аммиака и получением потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и потока, включающего мочевину и остаточный карбамат в водном растворе, и подачу потока, включающего мочевину и остаточный карбамат в водном растворе, в секцию выделения мочевины. Такой способ отличается тем, что часть потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, подают непосредственно в реактор, основную часть потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, подают по меньшей мере в один конденсационный аппарат, где эту основную часть подвергают обработке практически полной конденсацией с получением потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе, и поток, включающий мочевину и карбамат в водном растворе, подают в реактор.
Предпочтительно основную часть потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, направлять по меньшей мере в один конденсационный аппарат посредством потока жидкости, включающего карбамат в водном растворе и аммиак и циркулирующего внутри по меньшей мере одного конденсационного аппарата с движением, подобным происходящему в термосифонной системе охлаждения.
При этом желательно основную часть потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, направлять снизу вверх внутри предпочтительно центральной, заданной части вертикального пучка труб по меньшей мере одного конденсационного аппарата совместно с потоком жидкости, включающем карбамат в водном растворе и аммиак.
Предпочтительно также газовый поток, включающий один или несколько пассиваторов, инертных в отношении реакции синтеза мочевины, подавать в отгонный аппарат, часть газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, подавать из отгонного аппарата непосредственно в реактор, основную часть газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, подавать из отгонного аппарата по меньшей мере в один конденсационный аппарат и основную часть газового потока, включающего один или несколько пассиваторов совместно с возможными следами аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, отводить по меньшей мере из одного конденсационного аппарата и подавать в промывной аппарат, расположенный в технологической линии после реактора.
Целесообразно также поток, включающий охлаждающую воду, подавать по меньшей мере в один конденсационный аппарат с таким расходом, при котором внутри этого аппарата по меньшей мере частично ограничивалось бы образование водяного пара.
Настоящее изобретение далее относится к установке для осуществления вышеупомянутого способа получения мочевины, имеющей реактор для синтеза мочевины, средство подачи аммиака и диоксида углерода в реактор для синтеза мочевины, аппарат для отгонки с диоксидом углерода, предназначенный для обработки отводимой из реактора реакционной смеси, включающей мочевину, карбамат и свободный аммиак в водном растворе, с частичным разложением карбамата и частичным выделением свободного аммиака и получением потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и потока, включающего мочевину и остаточный карбамат в водном растворе, секцию выделения для потока, включающего мочевину и остаточный карбамат в водном растворе и отходящего из отгонного аппарата, для отделения мочевины от остаточного карбамата в водном растворе. Такая установка отличается тем, что в ней дополнительно имеются по меньшей мере один конденсационный аппарат "погружного типа" для обработки практически полной конденсацией по меньшей мере части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе и отходящего из отгонного аппарата, с получением потока жидкости, включающего мочевину и карбамат в водном растворе, средство подачи части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе и отходящего из отгонного аппарата, непосредственно в реактор для синтеза мочевины, средство подачи основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе и отходящего из отгонного аппарата в по меньшей мере один конденсационный аппарат, и средство подачи потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе, отходящего из по меньшей мере одного конденсационного аппарата в реактор для синтеза мочевины.
В соответствии с изобретением в качестве установок для осуществления способа получения мочевины могут быть использованы как новые установки, так и уже существующие установки, модифицированные таким образом, чтобы повысить производительность, а в некоторых случаях с улучшенными с точки зрения энергозатрат эксплуатационными характеристиками.
В модернизированной согласно изобретению установке по меньшей мере один конденсационный аппарат является вертикальным и имеет размещенные в его нижней части приемные патрубки для подачи соответственно основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и подачи потока конденсационной жидкости, включающего карбамат в водном растворе и аммиак, и размещенный вблизи его верхней части выпускной патрубок для потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе.
При этом по меньшей мере один конденсационный аппарат имеет пучок труб и газораспределитель вблизи нижней части пучка труб, сообщающийся со средством подачи основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и предназначенный для распределения аммиака и диоксида углерода в паровой фазе в предпочтительно центральной, заданной части пучка труб.
Установка согласно изобретению имеет средство подачи газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, инертных в отношении реакции синтеза мочевины, в отгонный аппарат, средство подачи части газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, из отгонного аппарата непосредственно в реактор для синтеза мочевины, средство подачи основной части газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, из отгонного аппарата по меньшей мере в один конденсационный аппарат, и средство отвода основной части газового потока, включающего один или несколько пассиваторов совместно с возможными следами аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, по меньшей мере из одного конденсационного аппарата и подачи в промывной аппарат, расположенный в технологической линии после реактора для синтеза мочевины.
В установке также имеется средство соответствующего регулирования основной части и части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, которое размещено в средстве подачи отводимого таким путем газового потока в промывной аппарат.
При этом по меньшей мере один конденсационный аппарат может иметь размещенный в его верхней части патрубок для отвода основной части газового потока, включающего один или несколько пассиваторов совместно с возможными следами аммиака и диоксида углерода в паровой фазе.
Другие отличительные особенности и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере не ограничивающего объем изобретения варианта осуществления способа модернизации, способа и установки для синтеза мочевины в соответствии с изобретением со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематическое изображение части установки для получения мочевины по методу отгонки с диоксидом углерода,
на фиг.2 - схематичное изображение в продольном разрезе вертикального конденсационного аппарата пленочного типа показанной на фиг.1 установки в соответствии с известным уровнем техники,
на фиг.3 - схематичное изображение части установки для получения мочевины по методу отгонки с диоксидом углерода, выполненной путем модернизации показанной на фиг.1 установки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого способа модернизации,
на фиг.4 - схематичное изображение в продольном разрезе вертикального конденсационного аппарата "погружного" типа показанной на фиг.3 установки, полученной в результате модификации показанной на фиг.2 установки в соответствии с настоящим изобретением,
на фиг.5 - схематичное изображение части установки для получения мочевины по методу отгонки с диоксидом углерода, выполненной в виде новой установки для осуществления предлагаемого способа, и
на фиг.6 - схематичное изображение в продольном разрезе вертикального конденсационного аппарата "погружного" типа показанной на фиг.5 установки в соответствии с настоящим изобретением.
Для упрощения на фиг.1 схематично показана только часть установки для получения мочевины, в частности секция синтеза под высоким давлением (синтезный контур), а остальные секции для пояснения сущности настоящего изобретения значения не имеют.
Более того, конкретные ссылки на известные соединительные патрубки для различных деталей установки, которая описана ниже и показана на фиг.1, обычно приведены только по мере необходимости.
На фиг.1 существующая установка для получения мочевины в соответствии с методом отгонки с диоксидом углерода и характеризующаяся возвратом реагентов в реактор обозначена общей позицией 1.
Установка 1, в частности секция синтеза под высоким давлением, включает реактор 2 (или реакционную зону) для синтеза мочевины, аппарат 3 для отгонки с диоксидом углерода, конденсационную секцию, включающую вертикальный конденсационный аппарат 4 пленочного типа, который более подробно описан со ссылкой на фиг.2, и промывной аппарат 5 для пассиваторов и других возможных веществ, инертных в отношении реакции.
Кроме того, установка 1 имеет секцию выделения для получаемой мочевины, которая на фиг.1 не представлена, и аппарат 6 для отделения водяного пара, образуемого охлаждающей жидкостью, направляемой в конденсационный аппарат 4.
Обычно реактор 2 работает при температуре в пределах 180-185° С, при молярном соотношении NH3/CO2 в пределах 2,8-3,0, при молярном соотношении Н2О/СО2 в пределах 0,4-0,5 и с выходом продукта превращения в пределах 58-60%.
В ходе проведения процесса давление (изобарическое) в секции синтеза, показанной на фиг.1, обычно находится в пределах 140-145 бар. Такое давление в описании процессов синтеза мочевины обычно называют "высоким" давлением в отличие от понятий соответственно "среднее" (примерно 18 бар) и "низкое" (3-4 бара) давления, которые используют в данной области техники для указания давления в секциях, находящихся в технологической линии после синтезного контура.
На фиг.1 позициями 7-21 обозначены соответствующие средства для подачи различных потоков материалов в аппараты установки 1 для синтеза мочевины.
Такие средства подачи включают трубопроводы или соединительные патрубки, насосы, компрессоры, струйные насосы и другие приспособления известного типа, которые обычно применяют в установках такого типа, поэтому в их более подробном описании нет необходимости.
В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения, а также во всех тех случаях, где не указано иное, понятия "средства подачи, соединительные средства и средства отвода" обычно использованы для обозначения трубопроводов, соединительных линий или патрубков, насосов, компрессоров, струйных насосов и других приспособлений известного типа, которые применяют в установке для перемещения жидкостных и газовых потоков.
Более конкретно позициями 7 и 8 обозначены соответствующие средства подачи в аппарат 3 для отгонки газового потока, включающего исходный диоксид углерода, и в конденсационный аппарат 4 потока, включающего исходный аммиак (в водном растворе).
Исходный диоксид углерода, направляемый в аппарат 3 для отгонки с помощью средства 7, применяют в качестве инертного газа для отгонки из реакционной смеси, включающей мочевину, карбамат и свободный аммиак в водном растворе и подаваемой из реактора 2 с помощью средства 9 в аппарат 3.
Аппарат 3 для отгонки представляет собой аппарат пленочного типа с внешним обогревом водяным паром. Средства подачи и отвода водяного пара с целью нагрева аппарата 3 для отгонки с помощью рубашки обозначены общей позицией 22.
Реакционную смесь, движущуюся сверху вниз в аппарате 3 по принципу противотока с газовым потоком, включающим диоксид углерода, подвергают обработке с частичным разложением карбамата и частичным выделением свободного аммиака и получением потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, и потока, включающего мочевину и остаточный карбамат в водном растворе.
Поток, включающий мочевину и остаточный карбамат в водном растворе, отводят из основания аппарата 3 для отгонки и с помощью средства 10 подачи направляют в секцию (не показана) выделения мочевины.
Газовый поток, получаемый в аппарате 3 для отгонки и, в дополнение к аммиаку и диоксиду углерода, включающий также воду, отводят из верхней части такого аппарата 3 для отгонки и с помощью средства 11 подачи направляют в верхнюю часть конденсационного аппарата 4.
Конденсационный аппарат 4 представляет собой вертикальный аппарат пленочного типа, предназначенный для частичной конденсации всего потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе и поступающего по средству 11 из аппарата 3.
Далее с помощью средства 8 в верхнюю часть конденсационного аппарата 4 подают поток, включающий исходный аммиак, совместно с рецикловым потоком, включающим аммиак и карбамат в водном растворе. С помощью средства 13 подачи рецикловый аммиак и карбамат в водном растворе вводят в поток, включающий исходный аммиак. Между реактором 2 и средством 13 подачи предусмотрено также соединительное средство 12.
Как показано на фиг.2, вследствие контактирования газовой фазы с жидкой фазой, истекающей вниз по принципу прямотока внутри множества труб пучка 23, заключенного в корпус 24 конденсационного аппарата 4, происходит частичная конденсация такой газовой фазы.
На этом чертеже детали установки 1, эквивалентные как в конструктивном, так и технологическом отношении представленным на фиг.1, как правило, обозначены теми же позициями и в дальнейшем не описаны.
Верхняя и нижняя части пучка 23 труб ограничены соответственно трубными решетками 25 и 26, на которых неподвижно закреплены соответственно головка 27 и основание 28 конденсационного аппарата 4.
В данном варианте жидкую фазу, включающую исходный аммиак и рецикловый карбамат в водном растворе, по приемному патрубку 30 вводят в зону 29, определяемую головкой 27, после чего она распределяется на верхней трубной решетке 25 и под действием собственного веса стекает вниз по трубам пучка 23, образуя таким образом пленку. По приемному патрубку 31 на верхнюю трубную решетку 25 подают также газовую фазу, включающую аммиак и диоксид углерода, откуда она движется внутри таких труб (которые в рабочем состоянии практически пусты).
Вследствие частичной конденсации в этих трубах на выходе из пучка 23 труб получают жидкий поток, включающий карбамат в водном растворе, и газовый поток, включающий аммиак и диоксид углерода в паровой фазе. Такие потоки проходят через зону 32, определяемую внутренней полостью основания 28, и выходят из конденсационного аппарата 4 по выпускным патрубкам 33 и 34 соответственно для жидкой и газовой фаз.
Отсюда фазу, включающую аммиак и диоксид углерода в газообразном состоянии, а также фазу, включающую карбамат в водном растворе, раздельно с помощью соответствующих средств 14 и 15 подачи направляют из основания конденсационного аппарата 4 в реактор 2 для синтеза мочевины.
На фиг.2 потоки газовой фазы и жидкой фазы внутри конденсационного аппарата 4 обозначены соответственно общими позициями Fg и Fl.
Очевидно, что в конденсационном аппарате 4, выполненном в соответствии с известным уровнем техники, продолжительность пребывания фаз внутри пучка 23 труб крайне мала, равно как может быть довольно затруднительным добиться равномерного распределения жидкой фазы на верхней трубной решетке 25. Все это отрицательно сказывается на эффективности конденсации реагентов в газовой фазе.
Тепло, которое выделяется внутри аппарата 4 во время частичной конденсации потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, отводят пропусканием в корпусе потока охлаждающей жидкости, т.е. воды, через пучок 23 труб (с внешней стороны), в результате чего образуется утилизируемый водяной пар (обычно под абсолютным давлением 4,5 бара).
Поток воды подают в корпус конденсационного аппарата 4 с внешней стороны с помощью средства 16, а отводят из этого корпуса с помощью средства 17.
Водяной поток, отходящий из аппарата 4 и включающий также водяной пар, образующийся вследствие непрямого теплообмена с технологическими текучими средами в трубах внутри конденсационного аппарата 4, с помощью средства 17 направляют в аппарат 6 для отделения водяного пара, образуемого водой. Таким образом эту воду с помощью средства 16 возвращают в корпус конденсационного аппарата 4 с внешней стороны труб, тогда как с помощью средства 18 из разделительного аппарата 6 отводят водяной пар.
В принятой в данной области техники терминологии разделительный аппарат 6 называют также "паросборником".
Для защиты аппаратов секции синтеза под высоким давлением от коррозии в установке 1 предусмотрена, кроме того, возможность пропускания через такие аппараты одного или нескольких пассиваторов, например кислорода или воздуха, инертных в отношении реакции синтеза мочевины.
С этой целью обычно используются средства подачи газового потока, включающего эти пассиваторы, в отгонный аппарат 3 и из него в реактор 2 для синтеза мочевины с пропусканием через конденсационный аппарат 4.
В примере, показанном на фиг.1, пассиваторы смешивают непосредственно с газовым потоком, включающим исходный диоксид углерода, вследствие чего упомянутое средство подачи газового потока, включающего пассиваторы, соответствует средству 7 подачи.
Поскольку рабочие условия в отгонном аппарате 3 с точки зрения коррозии оказываются наиболее критическими, этот аппарат нуждается в таком количестве пассиватора, которое существенно превышает количество, требующееся на практике для пассивирования других аппаратов. По этой причине, если не считать отгонного аппарата 3, в другие аппараты секции синтеза направляют избыточные количества пассиваторов.
Более того, газовый поток, включающий диоксид углерода, направляемый с помощью средства 7 в отгонный аппарат 3, содержит некоторое количество других инертных веществ, например 1-3 об.%, которые совместно с пассиваторами проходят через аппараты секции синтеза под высоким давлением.
Так, в частности, в реактор 2 для синтеза мочевины обычно направляют такое количество пассиваторов и инертных веществ, при котором выход продукта превращения диоксида углерода в мочевину снижается на несколько процентов в сравнении с выходом, который может быть достигнут при более низком содержании веществ, инертных в отношении реакции синтеза.
Поток таких инертных веществ проходит через реактор 2 для синтеза мочевины, увлекая часть непрореагировавших аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, и, таким образом, с помощью средства 19 направляется из верхней части реактора 2 в промывной аппарат 5.
В промывном аппарате 5 аммиак и диоксид углерода из паровой фазы конденсируют с помощью промывного потока, включающего (в варианте, показанном на фиг.1) карбамат в водном растворе и отводимого из секции (не показана) выделения мочевины, а затем с помощью средства 20 подаваемого в аппарат 5.
С помощью средства 21 осуществляют удаление из промывного аппарата 5 пассиваторов и инертных веществ, поступающих главным образом из секции синтеза под высоким давлением, тогда как промывной поток, соответствующим образом обогащенный аммиаком и диоксидом углерода, с помощью средства 13 подают в конденсационный аппарат 4.
На фиг.3 представлена показанная на фиг.1 установка для синтеза мочевины, которая соответствующим образом модифицирована в соответствии с первым вариантом осуществления предлагаемого способа модернизации.
Конструктивные изменения, внесенные в существующий конденсационный аппарат, более детально показаны на фиг.4.
На фиг.3 и 4 детали установки 1 и конденсационного аппарата 4, эквивалентные в конструктивном и технологическом отношениях показанным на фиг.1 и 2, как правило, обозначены теми же позициями, и поэтому в их повторном описании нет необходимости.
Благодаря предлагаемому способу модернизации средство подачи в конденсационный аппарат 4 потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе и отходящего из отгонного аппарата 3, соответствующим образом модифицировано таким образом, чтобы конденсировать с помощью жидкой фазы только основную часть такого потока.
Более того, внутреннее устройство конденсационного аппарата 4 предпочтительно модифицировано таким образом, чтобы обеспечить возможность практически полной конденсации этой основной части.
С этой целью в соответствии с вариантом, показанным на фиг.3, модифицируют средство 11 в существующей установке, показанной на фиг.1, и предусматривают средства 35 и 36 соответственно подачи части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе и отходящего из отгонного аппарата 3, непосредственно в реактор 2 для синтеза мочевины и подачи основной части такого потока в конденсационный аппарат 4. Средства 35 и 36 представляют собой, например, соответствующие соединительные патрубки.
Очевидно, что если обеспечить истечение газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, внутри средства 11 подачи совместно с потоком, включающим аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, то наличие размещаемых средств 35 и 36 неизбежно вызовет соответствующее разделение части и основной части пассиваторов, вводимых соответственно в реактор 2 и конденсационный аппарат 4.
Внутри конденсационного аппарата 4 размещают средство, которое более детально показано на фиг.4 и которое позволяет простым и эффективным путем конденсировать практически все реагенты направляемой в него газовой фазы.
Другим словами, существующий вертикальный конденсационный аппарат пленочного типа целесообразно трансформировать в вертикальный конденсационный аппарат "погружного" типа, т.е. в аппарат с пучком труб, заполненных конденсационной жидкостью, что заметно повышает эффективность такой установки и ее производительность. Более того, это изменение позволяет увеличить продолжительность пребывания в конденсационном аппарате 4 для образования карбамата, который частично вступает во взаимодействие с образованием мочевины.
Так, в частности, в предпочтительном варианте внутри пучка 23 труб обеспечивают циркуляцию конденсационной жидкости, включающей карбамат в водном растворе и аммиак, с движением, подобным происходящему в термосифонной системе охлаждения. Взамен основную часть потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, с помощью средства 36 направляют в нижнюю зону 32 вблизи нижнего конца пучка 23 труб, в частности вблизи нижней трубной решетки 26.
В результате аммиак и диоксид углерода в паровой фазе пропускают через конденсационный аппарат 4 снизу вверх по принципу прямотока с конденсационной жидкостью, через которую газы барботируют внутри заполненных жидкостью пучка 23 труб, благодаря чему достигается значительный коэффициент обмена внутри этих труб.
Для достижения правильной циркуляции конденсационной жидкости внутри конденсационного аппарата 4 с движением, подобным происходящему в термосифонной системе охлаждения, в предлагаемом способе модернизации предусмотрено применение газораспределителя 37 с перфорированной стенкой 37а, который размещают вблизи нижней трубной решетки 26 и который соединен со средством 36 подачи основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе.
Размеры газораспределителя 37 выбирают таким образом, чтобы аммиак и диоксид углерода в паровой фазе эффективно распределялись только в определенной части пучка 23 труб.
При такой конструкции пучок 23 труб естественным путем подразделяется на первую часть 38 (центральная часть по фиг.4), через которую снизу вверх проходит поток жидкости/газа с низкой плотностью, и на вторую часть 39 (периферийная часть по фиг.4), через которую сверху вниз проходит поток жидкости высокой плотности, которая, таким образом, циркулирует внутри конденсационного аппарата 4 с движением, подобным происходящему в термосифонной системе охлаждения.
Как показано на фиг.4, периферийную часть 40 пучка 23 труб применяют, кроме того, для подачи потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе и предназначенного для подачи в реактор 2, из верхней части зоны 29 к средству 15 подачи.
В этом отношении в соответствии с предлагаемым способом модернизации предусмотрено размещение внутри конденсационного аппарата 4 соответствующих средств, которые на фиг.4 обозначены позициями 41 и 42, для сбора такого потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе и поступающего из зоны 29, и подачи к средству 15 через периферийную часть 40 пучка 23 труб.
Такие средства для сбора и подачи включают сплошную стенку 41, которая проходит вертикально от верхней трубной решетки 25 по части высоты верхней зоны 29, и соединительное средство 42 между частью нижней трубной решетки 26, к которой подается поток, включающий мочевину и карбамат в водном растворе и направляемый в реактор 2, и средством 15 подачи.
Стенка 41 определяет высоту столба жидкой фазы в верхней зоне 29, циркулирующей в соответствии с принципом движения, подобного происходящему в термосифонной системе охлаждения, и по типу водослива отделяет поток, который включает мочевину и карбамат в водном растворе и который через часть 40 пучка 23 труб необходимо направить к средству 42.
Следует отметить, что увеличение высоты стенки 41 и, следовательно, уровня жидкой фазы в зоне 29 дает возможность увеличить продолжительность пребывания такой фазы в конденсационном аппарате 4, обеспечивая достижение более высокой производительности такой установки для получения мочевины.
Средство 42, в свою очередь, может представлять собой, например, закрепленное на нижней трубной решетке 26 устройство коробчатой формы, которое предназначено для сбора жидкой фазы, поступающей из части 40 пучка 23 труб, и которое патрубком, проходящим внутри патрубка 33, соединено со средством 15.
Поток конденсационной жидкости, включающий карбамат в водном растворе и аммиак и направляемый с помощью средства 8 в конденсационный аппарат 4, по приемному патрубку 30 поступает в верхнюю зону 29 и распределяется с помощью тороидальной формы распределителя 43 возле верхней трубной решетки 25 в части 39 пучка 23 труб.
Пассиваторы и другие возможные инертные вещества для реакции синтеза мочевины, подаваемые в конденсационный аппарат 4 с помощью средства 34, проходят через пучок 23 труб снизу вверх и отделяются от жидкой фазы в верхней зоне 29 аппарата 4 совместно с возможными следами не сконденсировавшихся аммиака и диоксида углерода в паровой фазе.
Газовую фазу, которая отделяется от жидкой фазы в верхней зоне 29, целесообразно отводить из конденсационного аппарата 4 и направлять в промывной аппарат 5, находящийся в технологической линии после реактора 2, благодаря наличию средства 44, которое предусмотрено в соответствии с предлагаемым способом модернизации.
Такое средство 44 представляет собой, например, патрубок, соединенный патрубком 31 с верхней зоной 29 конденсационного аппарата 4.
Как следует из вышесказанного, благодаря этой отличительной особенности имеется возможность увеличить выход продукта превращения в реакторе 2 для синтеза мочевины на несколько процентов (1-3%) с достижением значительных преимуществ, состоящих в повышении производительности существующей установки.
Таким образом, можно не только увеличить выход продукта превращения, но и создать более благоприятные рабочие условия в реакторе 2 и уменьшить энергозатраты в установке в сравнении с энергозатратами до модернизации (пониженное потребление водяного пара).
Другое преимущество, обусловленное этим вариантом предлагаемого способа модернизации, состоит в том, что при подаче в реактор 2 исключительно малой части инертных веществ заметно уменьшается количество аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, отходящих из реактора 2, в сравнении с тем случаем, когда в реактор 2 направляют все инертные вещества.
Таким образом, когда основная часть инертных веществ, поступающих из конденсационного аппарата 4, содержит только следы аммиака и диоксида углерода, дополнительно достигается уменьшение нагрузки на промывной аппарат 5, вследствие чего из этого аппарата должны выделяться меньшие количества реагентов в газовой фазе (т.е. из потока инертных веществ должны выделяться меньшие количества аммиака и диоксида углерода в паровой фазе), что позволяет улучшить рабочие условия в аппарате 5 и, следовательно, повысить производительность такого аппарата.
В соответствии с другими вариантами (не представлены) предполагается предусмотреть средство подачи потока инертных веществ, поступающих из конденсационного аппарата 4, в другие промывные установки, которые находятся в технологической линии после реактора 2 и которые имеются в существующей установке для получения мочевины. В другом варианте всякий раз, когда содержание аммиака и диоксида углерода в потоке инертных веществ, поступающем из аппарата 4, оказывается несущественным или практически несущественным, можно предусмотреть средство (не показано) для сброса такого потока непосредственно в окружающую среду, например, вентиляционный клапан, соединенный с выпускным патрубком 31 для газов.
В предпочтительном варианте в соответствии с предлагаемым способом модернизации у средства 44 предлагается предусмотреть соответствующее средство 45, показанное на фиг.3 в виде регулирующего клапана, для регулирования основной части и части газового потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, соответственно газового потока, включающего один или несколько пассиваторов.
Когда средство 44 открывается, обеспечивая соединение между верхней частью конденсационного аппарата 4 и верхней частью реактора 2, регулирующий клапан 45 регулирует количество аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, которая должна быть направлена в конденсационный аппарат 4 и соответственно в реактор 2 для синтеза мочевины.
В зависимости от размеров и геометрических параметров пучка 23 труб по настоящему изобретению предлагается способ модернизации, который позволяет дополнительно повысить общий коэффициент обмена в конденсационном аппарате 4 с повышением коэффициента теплообмена вне пучка 23 труб (внутри корпуса), куда подают поток охлаждающей воды, в дополнение к его повышению внутри труб (со стороны труб), по которым проходят технологические потоки, что в полной мере благоприятно сказывается на увеличении производительности конденсационного аппарата.
Неожиданно было установлено, что для улучшения отвода тепла, выделяющегося во время конденсации аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, и, таким образом, повышения коэффициента теплообмена в предпочтительном варианте при прохождении охлаждающей воды внутри корпуса с внешней стороны пучка 23 труб водяной пар не должен образовываться.
Фактически, когда в данном конкретном случае пучок 23 труб существующего конденсационного аппарата 4 имеет очень большое число труб, размещенных близко друг к другу, а пространство, доступное для прохождения воды внутри корпуса, мало, присутствие в охлаждающей воде, движущейся внутри корпуса конденсационного аппарата 4, образующегося водяного пара оказывает, по-видимому, нежелательное влияние на циркуляцию этой жидкости. Это могло бы вызвать уменьшение теплообмена и, следовательно, уменьшить количество тепла конденсации, удаляемого за счет теплообмена между потоками материалов внутри труб и охлаждающей воды.
Следует отметить, что эта особенность находится в серьезном противоречии с распространенным в данной области техники мнением, согласно которому для удаления тепла конденсации при движении охлаждающей воды внутри корпуса снаружи пучка труб осуществляют ее испарение с целью способствовать теплоотводу и добиться высокого коэффициента обмена внутри корпуса.
Таким образом, в этих конкретных вариантах выполнения конденсационных аппаратов с большим числом труб, размещенных близко друг к другу, по настоящему изобретению предлагается дающее положительный эффект размещение соответствующего средства для повышения скорости потока охлаждающей воды таким образом, чтобы предотвратить образование водяного пара внутри конденсационного аппарата 4 и еще больше повысить общий коэффициент теплообмена.
Повышения скорости потока и, следовательно, усиления циркуляции воды внутри охлаждающего контура достигают, например, установкой рециркуляционного насоса (не показан) на средстве 16 или, иными словами, повышением уровня монтажа аппарата 6, т.е. увеличением разницы между уровнями монтажа аппарата 6 и аппарата 4 с тем, чтобы увеличить напор жидкости.
В результате давление на входе в корпус аппарата 4 увеличивается, а прирост температуры становится меньшим, вследствие чего водяной пар образуется только на выходе из аппарата 4.
Благодаря этим модификациям охлаждающего контура возможно достижение высоких коэффициентов обмена внутри корпуса в тех конкретных случаях, когда конденсационный аппарат включает пучок труб с вышеуказанными характеристиками.
В целом предлагаемый способ модернизации позволяет не только увеличить производительность конденсационного аппарата 4, но и повысить давление образующегося водяного пара и, следовательно, увеличить отвод тепла на более высоком тепловом уровне.
Получаемый таким путем водяной пар повышенного давления можно эффективно использовать в других частях установки 1 для получения мочевины, например, в теплообменниках, расположенных в технологической линии после секции синтеза, или в турбине компрессора СО2, уменьшая нагрузки и энергозатраты при работе таких аппаратов.
На фиг.5 представлен предпочтительный вариант установки 46 для получения мочевины по методу отгонки с диоксидом углерода, выполненной в виде новой установки для осуществления предлагаемого способа.
Более детально конденсационный аппарат 4 этой новой установки показан на фиг.6.
На фиг.5 и 6 детали установки 46 и конденсационного аппарата 4, эквивалентные в конструктивном и функциональном отношениях описанным выше и показанным на предыдущих чертежах, как правило, обозначены теми же позициями и в дальнейшем не рассматриваются.
Иными словами, описание различных средств и аппаратов установки 46, равно как и описание ее работы, приведено выше со ссылкой на фиг.3 и 4.
Единственное существенное отличие состоит в наличии другого приемного патрубка (средство 8) установки для потока, включающего аммиак и карбамат в водном растворе, и другого выпускного патрубка (средство 15), предназначенного в такой установке для подачи в реактор 2 потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе.
Эти отличия обусловлены тем, что при новой конструкции конденсационного аппарата для различных потоков стало возможным выбрать оптимальное расположение приемного и выпускного патрубков.
В таком варианте наличие собирающего средства 41 и средства 42 подачи в верхней и нижней зонах 29 и 30 исключаются. Более того, исключается применение части пучка 23 труб для отвода потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе, из конденсационного аппарата 4. Таким путем внутренний объем аппарата 4, доступный для конденсации аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, работает с максимально возможной нагрузкой.
Так, в частности, фазу, включающую аммиак и карбамат в водном растворе, в этом варианте с помощью средства 8 направляют в аппарат 4 по патрубку 34 в его основании. Более того, поток, включающий мочевину и карбамат в водном растворе и предназначенный для подачи в реактор 2 с помощью средства 15, отводят из аппарата 4 по патрубку 48 вблизи его верхней части.
Для того чтобы обеспечить постоянный поток жидкости, отходящий по патрубку 48, верхнюю сборную камеру 29 дополнительно снабжают сборным сосудом 47, который выполняет функции сборника жидкой фазы, предназначенной для подачи в реактор 2.
Приведенная на фиг.5 технологическая схема в любом случае представляет лишь предпочтительный вариант выполнения новой установки для получения мочевины в соответствии с предлагаемым способом. При этом не существует каких-либо ограничений на изготовление новых установок в соответствии с технологической схемой, показанной на фиг.3.
Преимущества, достигаемые при модернизации существующих установок, проявляются и в установке, показанной на фиг.5 и выполненной в виде новой установки, за исключением инвестиционных затрат, которые, как очевидно, при сооружении новой установки оказываются значительно более высокими.
Показанная на фиг.3 установка, полученная в результате модернизации существующей установки, и новая установка, показанная на фиг.5, позволяют осуществлять способ получения мочевины согласно изобретению.
Такой способ отличается, в частности, тем, что при его осуществлении предусмотрена подача (средство 35) части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, непосредственно в реактор 2, подача (средство 36) основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, в по меньшей мере один конденсационный аппарат 4 и обработка этой основной части путем практически полной конденсации с получением в результате потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе, и подача (средство 15) потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе, в реактор 2.
С целью способствовать вышеупомянутой практически полной конденсации основной части газовой фазы, направляемой в конденсационный аппарат 4, в предпочтительном варианте предлагаемого способа предусмотрена подача такой основной части в конденсационный аппарат 4 посредством потока жидкости, включающего карбамат в водном растворе и аммиак и циркулирующего внутри такого аппарата с движением, подобным происходящему в термосифонной системе охлаждения.
Кроме того, в одном из вариантов в предлагаемом способе предусмотрена подача основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, совместно с потоком жидкости, включающим карбамат в водном растворе и аммиак, снизу вверх внутри центральной, заранее определенной части 38 вертикального пучка 23 труб конденсационного аппарата 4.
В предпочтительном варианте предлагаемый способ предусматривает также отвод и подачу (средство 44) основной части газового потока, включающего один или несколько пассиваторов, совместно с возможными следами аммиака и диоксида углерода в паровой фазе, из конденсационного аппарата 4 в промывной аппарат 5, находящийся в технологической линии после реактора 2, для выделения следов аммиака и диоксида углерода промывным потоком, предпочтительно потоком, включающим карбамат в водном растворе и поступающим из секции выделения мочевины.
Более того, в некоторых конкретных случаях может оказаться целесообразной подача потока, представляющего собой охлаждающую воду (средство 16), в конденсационный аппарат 4 (внутри корпуса), с таким расходом, при котором внутри этого аппарата 4 по меньшей мере частично ограничивается образование водяного пара.
При осуществлении предлагаемого способа достигаются различные преимущества. Так, в частности, следует подчеркнуть, что такой способ позволяет эффективным и простым путем добиться высокого коэффициента обмена в конденсационном аппарате 4, высокого выхода продукта превращения и, следовательно, высокой производительности. Более того, этот способ прост в осуществлении с технической точки зрения и характеризуется малыми энергозатратами и низкими инвестиционными расходами.
В заключение следует отметить, что предлагаемый способ модернизации, в дополнение к модификации существующих конструкций, применим и к конкретному случаю замены (вследствие износа) существующего конденсационного аппарата новым аппаратом, имеющим конструкцию, показанную на фиг.4 и 6. Такая замена необходима всегда, когда срок службы существующего аппарата завершается, а гарантия его надежности и дальнейшей работоспособности отсутствует.
Способ и устройство относятся к получению мочевины. Установка содержит реактор для синтеза мочевины, аппарат для отгонки с диоксидом углерода и вертикальный конденсационный аппарат пленочного типа. При этом предусмотрено средство подачи основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе и отходящего из отгонного аппарата, по меньшей мере, в один конденсационный аппарат. В конденсационном аппарате предусматривают средство, обеспечивающее полную конденсацию основной части потока, включающего аммиак и диоксид углерода в паровой фазе, с получением потока, включающего мочевину и карбамат в водном растворе, и последующей подачей в реактор для синтеза мочевины. Способ и устройство отличаются повышенной производительностью и малыми энергозатратами. 3 с. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.
| Устройство для получения покрытий | 1975 |
|
SU796244A1 |
| US 3248425 А, 26.04.1966 | |||
| RU 1774623 А, 20.05.1996 | |||
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ | 1990 |
|
RU2017727C1 |
