СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МОЧЕВИНЫ Российский патент 2023 года по МПК C07C273/04 B01J19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу и устройству для производства мочевины из аммиака и диоксида углерода.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Способ производства мочевины обычно включает стадию синтеза, стадию разложения и стадию конденсации. На стадии синтеза мочевину синтезируют из аммиака (NH₃) и диоксида углерода (CO₂) с получением раствора для синтеза мочевины. В частности, как показано формулой (1), в результате реакции аммиака (NH₃) с диоксидом углерода (CO₂) образуется карбамат аммония (NH₂COONH₄). Кроме того, как показано формулой (2), в результате реакции дегидратации карбамата аммония образуются мочевина (NH₂CONH₂) и вода (H₂O):

2NH₃+CO₂ → NH₂COONH₄ (1)

NH₂COONH₄ → NH₂CONH₂+H₂O (2).

Хотя обе реакции являются равновесными, реакция формулы (2) является определяющей, поскольку она протекает медленнее, чем реакция формулы (1).

[0003] На стадии разложения раствор для синтеза мочевины, полученный на стадии синтеза, нагревают для разложения карбамата аммония, содержащегося в растворе для синтеза мочевины, на аммиак и диоксид углерода. В результате получают газовую смесь, содержащую аммиак и диоксид углерода, и раствор для синтеза мочевины, имеющий более высокую концентрацию мочевины. На стадии конденсации газовую смесь, полученную на стадии разложения, конденсируют в абсорбирующей среде путем охлаждения. В качестве охлаждающей среды для охлаждения часто используется вода, и газовая смесь охлаждается в основном за счет скрытой теплоты испарения воды.

[0004] В JP10-182587A (соответствующей EP 0834501 A2, EP 1035111 A1, EP 1035112 A1, US 5936122 A и US 6200540 B1) раскрыта стадия конденсации, включающая использование вертикального погружного конденсатора, включающего U-образные трубки в качестве охлаждающих трубок, с охлаждающей средой, подаваемой в трубное пространство вертикального погружного конденсатора. Как правило, погружной конденсатор относится к конденсатору, в котором в межтрубном пространстве течет технологическая текучая среда, другими словами, газовую смесь, полученную на стадии разложения, подают в технологическую часть, в которой в трубном пространстве течет охлаждающая среда. Если позволить технологической текучей среде течь в межтрубном пространстве, то можно увеличить время пребывания технологической текучей среды в конденсаторе. Это позволяет повысить эффективность реакции образования мочевины в конденсаторе.

[0005] В JP 2003-104949A (соответствующей EP 1279663 A1 и US 6518457 B1) также раскрыт вертикальный погружной конденсатор, включающий U-образные трубки в качестве охлаждающих трубок. В этом документе описан способ рекуперации тепла конденсации путем генерации пара низкого давления в некоторых U-образных трубках и нагревания раствора для синтеза мочевины, полученного из отгонной колонны (стадия разложения), в остальных U-образных трубках. WO 2013/165246 описывает аналогичный способ, хотя в этом документе раскрыт горизонтальный погружной конденсатор. WO 2006/118071 (соответствующая EP 1876171 A1 и US 2009/062566 A1) также описан вертикальный погружной конденсатор, включающий U-образные трубки. В этой литературе текучую среду, содержащую котловую воду и пар, выводят из U-образных трубок.

Список литературы

Патентная литература

[0006] PTL 1: JP10-182587A

PTL 2: JP2003-104949A

PTL 3: WO 2013/165246

PTL 4: WO 2006/118071

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

[0007] Хотя рекуперация тепла в погруженном конденсаторе традиционно изучалась, как указано выше, внимание уделялось способу и устройству, которые обеспечивают протекание технологической текучей среды, а не способу и устройству, которые обеспечивают протекание охлаждающей среды.

[0008] В погружном конденсаторе желательно стимулировать не только конденсацию газовой смеси, полученной на стадии разложения, но также и на реакцию образования мочевины. Для увеличения эффективности образования мочевины в погруженном конденсаторе предпочтительно, чтобы рабочая температура погружного конденсатора была выше, тогда как с точки зрения абсорбции газа предпочтительно, чтобы рабочая температура была ниже. Следовательно, внутри погружного конденсатора желательно поддерживать оптимальную рабочую температуру. По этой причине желательно уменьшить распределение температуры в погруженном конденсаторе.

[0009] В случае подачи воды в количестве (массовом расходе), сравнимом с количеством пара, генерируемого в трубном пространстве погружного конденсатора, на вход трубного пространства подают воду (жидкость) в качестве охлаждающей среды, а на выходе получают в основном пар (газ). В этом случае охлаждающий эффект, обеспечиваемый скрытой теплотой испарения воды, на выходе из трубки меньше, чем на входе в трубку. Таким образом, величина теплообмена между входом в трубку и выходом из нее различается. В результате между этими областями возникает разница температур, что увеличивает распределение температуры в погруженном конденсаторе.

[0010] Целью настоящего изобретения является предоставление способа и устройства для синтеза мочевины, которые способны уменьшить распределение температуры в погруженном конденсаторе.

Решение проблемы

[0011] В одном из аспектов настоящего изобретения представлен способ производства мочевины, включающий:

стадию синтеза, на которой синтезируют мочевину из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза мочевины;

стадию разложения, на которой путем нагревания раствора для синтеза мочевины, полученного на стадии синтеза, происходит разложение карбамата аммония и отделение газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, от раствора для синтеза мочевины с получением раствора для синтеза мочевины с более высокой концентрацией мочевины по сравнению с раствором для синтеза мочевины, полученном на стадии синтеза;

стадию конденсации, на которой с использованием погружного конденсатора, включающего кожухотрубную теплообменную структуру, включающую U-образную трубку, происходит абсорбция и конденсация по меньшей мере части газовой смеси, полученной на стадии разложения, в абсорбирующей среде в межтрубном пространстве, и генерация пара в трубном пространстве за счет тепла, выделяемого во время конденсации;

стадию рециркуляции, на которой происходит рециркуляция на стадию синтеза по меньшей мере части жидкости, причем указанную жидкость получают из межтрубного пространства на стадии конденсации; и

стадию подачи воды, на которой происходит подача воды в трубное пространство погружного конденсатора с массовым расходом, который в три или более раз превышает скорость генерации пара, генерируемого в погруженном конденсаторе.

[0012] В другом аспекте настоящего изобретения представлено устройство для производства мочевины, содержащее:

реактор синтеза, выполненный с возможностью синтеза мочевины из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза мочевины;

устройство для разложения, выполненное с возможностью разложения карбамата аммония и отделения газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, от раствора для синтеза мочевины путем нагревания раствора для синтеза мочевины, генерируемого в реакторе синтеза с получением раствора для синтеза мочевины с более высокой концентрацией мочевины по сравнению с раствором для синтеза мочевины, полученным в реакторе синтеза;

погружной конденсатор, включающий кожухотрубную теплообменную конструкцию, содержащую U-образную трубку, причем погружной конденсатор выполнен с возможностью абсорбции и конденсации по меньшей мере части газовой смеси, полученной устройством для разложения, в абсорбирующей среде в межтрубном пространстве и генерации пара в трубном пространстве за счет тепла, выделяемого при конденсации;

средство рециркуляции для рециркуляции в реактор синтеза по меньшей мере части жидкости, причем указанную жидкость получают из межтрубного пространства погружного конденсатора; и

средство подачи воды для подачи воды в трубное пространство погружного конденсатора с массовым расходом, который в три или более раз превышает скорость генерации пара, генерируемого в погруженном конденсаторе.

Благоприятные эффекты изобретения

[0013] Настоящее изобретение относится к способу и устройству для синтеза мочевины, которые позволяют уменьшить распределение температуры в погруженном конденсаторе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] На фиг.1 представлена блок-схема технологического процесса, схематически показывающая пример установки для производства мочевины.

На фиг.2 представлена блок-схема технологического процесса, схематически показывающая пример системы охлаждения (паровой системы) погружного конденсатора.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0015] Способ производства мочевины по настоящему изобретению включает стадию синтеза, стадию разложения, стадию конденсации и стадию рециркуляции. Аммиак и углекислый газ в качестве сырья можно при необходимости подавать на одну или несколько из этих стадий извне. Способ производства мочевины дополнительно включает стадию подачи воды.

Стадия синтеза

[0016] На стадии синтеза мочевину синтезируют из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза мочевины. На стадии синтеза мочевину также синтезируют из карбамата аммония, содержащегося в рециркулируемой жидкости со стадии конденсации, которая описана позже.

[0017] Рабочее давление на стадии синтеза обычно находится в пределах от 130 бар (абсолютное давление, которое также относится к нижеследующему описанию) до 250 бар, предпочтительно от 140 бар до 200 бар. Рабочая температура на стадии синтеза обычно находится в диапазоне от 160 до 200°C, предпочтительно от 170 до 190°C.

Стадия разложения

[0018] На стадии разложения раствор для синтеза мочевины, полученный на стадии синтеза, нагревают. Следовательно, карбамат аммония, содержащийся в растворе для синтеза мочевины, полученном на стадии синтеза, разлагается, и газовая смесь, содержащая аммиак и диоксид углерода, отделяется от раствора для синтеза мочевины с получением раствора для синтеза мочевины с более высокой концентрацией мочевины по сравнению с раствором для синтеза мочевины, полученном на стадии синтеза. Газовая смесь, полученная на стадии разложения, в дальнейшем может называться «газом на выходе из устройства для разложения».

[0019] Для нагрева на стадии разложения можно использовать теплоноситель с относительно высокой температурой, например пар среднего давления. В этом случае пар среднего давления, который используется в качестве источника тепла, конденсируется с образованием парового конденсата.

[0020] Давление пара среднего давления обычно составляет от 12 до 40 бар, предпочтительно от 14 до 25 бар. Пар среднего давления часто целесообразно генерировать в виде пара противодавления паровой турбины в устройстве для производства мочевины. В качестве альтернативы пар среднего давления может подаваться извне устройства для производства мочевины.

[0021] Рабочая температура на стадии разложения обычно находится в пределах от 150 до 220°C, предпочтительно от 160 до 200°C.

[0022] В частности, раствор для синтеза мочевины, полученный на стадии синтеза, содержит мочевину, аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония и воду. Раствор для синтеза мочевины обычно нагревают под давлением, которое по существу равно давлению на стадии синтеза. Как следствие, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония разделяют в виде газовой смеси, содержащей аммиак, диоксид углерода и воду (пар).

[0023] На стадии разложения можно использовать способ разложения, при котором осуществляется только нагревание. Однако для ускорения разложения можно использовать процесс отгонки, на котором, помимо нагревания, подают газообразный диоксид углерода и приводят его в контакт с раствором для синтеза мочевины.

Стадия конденсации

[0024] На стадии конденсации используется погружной конденсатор, включающий кожухотрубную теплообменную конструкцию. Кожухотрубная теплообменная конструкция включает U-образную трубку. Обычно используется множество U-образных трубок, которые образуют так называемую многотрубчатую теплообменную структуру. В межтрубном пространстве теплообменной конструкции по меньшей мере часть, т.е. часть или вся газовая смесь (газ на выходе из устройства для разложения), полученная на стадии разложения, абсорбируется и конденсируется в абсорбирующей среде. Благодаря теплу, выделяемому во время конденсации, в трубном пространстве образуется пар.

[0025] В данном случае, может образовываться пар, например пар низкого давления. Если принять во внимание температуру конденсации, пар низкого давления должен иметь давление, при котором температура насыщения воды ниже температуры технологической текучей среды на стадии конденсации. Учитывая тот факт, что генерируемый пар низкого давления используется на другой стадии процесса производства мочевины, давление пара низкого давления предпочтительно является до некоторой степени высоким. С этой точки зрения давление пара низкого давления обычно составляет от 3 до 9 бар, предпочтительно от 4 до 7 бар. Когда пар низкого давления используется в качестве источника тепла для нагрева других текучих сред, пар низкого давления конденсируется, образуя конденсат пара.

[0026] В качестве абсорбирующей среды можно надлежащим образом использовать абсорбирующую среду, общеизвестную в области способа производства мочевины, такую как вода (которая может содержать мочевину, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония).

[0027] Температура жидкости, полученной в межтрубном пространстве на стадии конденсации, обычно находится в пределах от 100 до 210°C, предпочтительно от 160 до 190°C, учитывая, в частности, баланс между реакцией и конденсацией. Стадию синтеза, стадию разложения и стадию конденсации осуществляют по существу при одном и том же давлении, поскольку в осуществляемом при высоком давлении процессе (включая стадию синтеза, стадию разложения и стадию конденсации) при производстве мочевины нет ничего, что могло бы привести к снижению давления, кроме его потери. Следует отметить, что давление нагнетают с помощью эжектора или т.п. для рециркуляции, описанной ниже.

[0028] Более конкретно, газовую смесь (газ на выходе устройства для разложения), отделенную на стадии разложения, подают на стадию конденсации, где газовая смесь вступает в контакт с абсорбирующей средой, содержащей воду, и где при охлаждении газовая смесь конденсируется. На стадии конденсации часть аммиака и часть диоксида углерода превращаются в карбамат аммония (см. формулу (1)), и также протекает реакция синтеза мочевины (см. формулу (2)).

[0029] Когда газовая смесь конденсируется на стадии конденсации, выделяется большое количество тепла. Для эффективного использования выделяемого тепла выполняют рекуперацию тепла. Иными словами, с теплом, выделяемым во время конденсации, в трубном пространстве образуется пар. С этой целью процесс производства мочевины включает стадию подачи воды, на которой воду (жидкость) подают в трубное пространство погружного конденсатора.

[0030] Газ, который не сконденсировался в межтрубном пространстве погружного конденсатора, после снижения давления при необходимости может быть абсорбирован и сконденсирован в абсорбирующей среде (жидкости), с одновременным охлаждением абсорбирующей среды. Таким образом может быть получена рекуперированная жидкость, содержащая аммиак и диоксид углерода. При необходимости давление рекуперированной жидкости можно увеличить, и затем ее можно вернуть в процесс высокого давления (включая стадию синтеза, стадию разложения и стадию конденсации), обычно на стадию конденсации. Таким образом, можно рекуперировать непрореагировавший аммиак и непрореагировавший диоксид углерода. В качестве абсорбирующей среды можно надлежащим образом использовать абсорбирующую среду, широко известную в области способа производства мочевины, такую как вода (которая может содержать мочевину, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония).

Стадия подачи воды

[0031] На стадии подачи воды воду (жидкость) подают в трубное пространство погружного конденсатора. В этой операции массовый расход подаваемой воды в три или более, предпочтительно в восемь раз или более превышает количество (скорость образования по массе) пара, образующегося в трубном пространстве погружного конденсатора. Соответственно, соотношение воды (жидкости) в охлаждающей среде (газожидкостном двухфазном потоке, состоящем из воды и пара) на выходе из U-образной трубки может поддерживаться на относительно высоком уровне. В результате разница между величиной теплообмена вблизи входа U-образной трубки и величиной теплообмена вблизи выхода U-образной трубки может быть уменьшена. Следовательно, можно уменьшить распределение температуры в погруженном конденсаторе. Когда массовый расход подаваемой воды в 25 раз превышает количество пара, образующегося в трубном пространстве погружного конденсатора, трудно ожидать эффекта дальнейшего уменьшения распределения температуры, даже при дополнительном увеличении массового расхода воды.

[0032] С точки зрения эффективного теплообмена скорость потока воды на входе в U-образную трубку, подаваемой в трубное пространство погружного конденсатора, предпочтительно составляет 0,3 м/с или более, более предпочтительно 0,8 м/с или более. Однако, если установленная скорость потока выше, потеря давления внутри трубки может увеличиться, и давление воды вблизи входа в трубку может стать выше, чем давление воды вблизи выхода, что может привести к разнице в количестве теплообмена между входом и выходом. Соответственно, скорость потока предпочтительно составляет 4,0 м/с или менее.

[0033] Давление воды, подаваемой в трубное пространство погружного конденсатора, предпочтительно повышают с помощью насоса. Следовательно, легко подавать большое количество воды (газожидкостный двухфазный поток на выходе трубного пространства) в трубное пространство. Также легко обеспечить адекватную потерю давления в U-образных трубках и равномерно распределить воду по множеству U-образных трубок (предотвращение канализирования). В частности, в вертикальном погружном конденсаторе U-образные трубки проходят вертикально, и поэтому необходимо, чтобы газожидкостный двухфазный поток протекал вниз. В таком случае подача давления с помощью насоса является эффективной.

[0034] Можно выполнить стадию газожидкостного отделения текучей среды, на которой осуществляется газожидкостное отделение текучей среды, причем указанную текучую среду получают из трубного пространства погружного конденсатора с получением пара (потока пара) и воды (потока воды). Кроме того, можно подавать воду, полученную на стадии газожидкостного разделения, в трубное пространство погружного конденсатора. Другими словами, воду можно отделить от текучей среды, выходящей из U-образных трубок, и воду можно вернуть в U-образные трубки. Для этого возврата можно использовать вышеупомянутый насос.

[0035] В качестве воды, подаваемой в U-образные трубки погружного конденсатора для производства пара, можно использовать конденсат пара, в частности конденсат пара низкого давления. В качестве конденсата пара можно использовать конденсат пара, образованный путем конденсации соответствующего пара в устройстве для производства мочевины, после снижения давления или повышения давления, если это необходимо. Давление конденсата пара низкого давления, подаваемого в U-образные трубки, является таким же, что и давление пара низкого давления, образующегося на стадии конденсации. Температура конденсата пара низкого давления является такой же, что и температура пара низкого давления, генерируемого на стадии конденсации, и обычно составляет от 134 до 175°C, предпочтительно от 144 до 165°C.

Стадия рециркуляции

[0036] Жидкость (абсорбирующую среду, которая абсорбировала по меньшей мере часть газа на выходе из устройства для разложения), полученную из межтрубного пространства на стадии конденсации, отправляют обратно на стадию синтеза. Таким образом, осуществляют циркуляцию непрореагировавшего аммиака и непрореагировавшего диоксида углерода, которые не были преобразованы в мочевину, через стадию синтеза, стадию разложения и стадию конденсации. В одном из способов рециркуляции конденсированной жидкости, полученной на стадии конденсации, реактор синтеза для осуществления стадии синтеза расположен ниже, а погружной конденсатор для осуществления стадии конденсации расположен над реактором синтеза, что обеспечивает рециркуляцию сконденсированной жидкости за счет гравитации. В другом способе рециркуляции давление сконденсированной жидкости, полученной на стадии конденсации, увеличивают с помощью эжектора для рециркуляции сконденсированной жидкости, в котором в качестве рабочей текучей среды эжектора используется исходный аммиак, подаваемый в реактор синтеза. Способ рециркуляции с использованием силы тяжести и способ рециркуляции с использованием эжектора могут использоваться в комбинации.

Другое

[0037] Настоящее изобретение является эффективным, в частности, в случае использования вертикального погружного конденсатора. В вертикальном погруженном конденсаторе с U-образной трубкой первое плечо (половина трубки) (от входа до U-образной части) U-образной трубки и второе плечо канала (от U-образной части до выхода) U-образной трубки расположены на одном горизонтальном уровне. Вторая половина канала имеет более высокое содержание пара в охлаждающей среде, чем первая половина канала. Следовательно, разница температур может возникать в горизонтальном направлении, что приводит к более сильному распределению температуры внутри погружного конденсатора. Настоящее изобретение может уменьшить такое распределение температуры.

[0038] При использовании U-образных трубок для погружного конденсатора требуется только одна трубная решетка. Это экономически выгодно. Кроме того, в вертикальном погружном конденсаторе трубная решетка предпочтительно предусмотрена не на верхней стороне, а на нижней стороне U-образных трубок с точки зрения простоты обслуживания.

[0039] Поскольку реакция синтеза мочевины протекает также на стадии конденсации, стадию конденсации и стадию синтеза можно осуществлять в одном сосуде высокого давления. Другими словами, можно использовать один сосуд высокого давления, в котором объединены погружной конденсатор и реактор синтеза.

Примеры способа

[0040] Настоящее изобретение подробно описано ниже со ссылкой на чертежи, но настоящее изобретение ими не ограничено.

[0041] Как показано на фиг. 1, исходный аммиак сжимают с помощью насоса (не показан) в зависимости от ситуации и подают в реактор A синтеза по линиям 101, 102 и 103. Исходный диоксид углерода подают в реактор A синтеза через линии 105 и 106. Исходный аммиак (линия 101) нагревают с использованием теплоносителя в теплообменнике E (предварительном нагревателе аммиака). В качестве теплоносителя может использоваться соответствующая текучая среда, такая как пар или паровой конденсат. Например, пар (линия 202), полученный из погружного конденсатора C, подают в качестве теплоносителя в теплообменник E, так что конденсат пара, образующийся при конденсации этого пара, может быть получен из теплообменника E. Исходный аммиак (линия 102), нагретый таким образом, можно использовать в качестве рабочей текучей среды эжектора D.

[0042] Раствор для синтеза мочевины направляют из реактора A синтеза в устройство B для разложения по линии 110. Раствор для синтеза мочевины нагревают с помощью теплоносителя в секции нагрева (теплообменная структура) устройства В для разложения. В качестве теплоносителя можно использовать подходящую текучую среду, такую как пар или паровой конденсат. Обычно в качестве теплоносителя можно использовать пар среднего давления, а конденсат пара среднего давления, образованный при конденсации пара среднего давления, может быть отведен из секции нагрева. Двуокись углерода подают в нижнюю часть устройства B для разложения в качестве отпарного газа по линии 105 и линии 107.

[0043] Выходящий из устройства для разложения газ вводят из устройства B для разложения в погружной конденсатор C по линии 112. Раствор для синтеза мочевины, отделенный от выходящего из устройства для разложения газа выводят по линии 111. Продукт мочевины может быть получен путем обработки при необходимости жидкости из линии 111 на стадиях, хорошо известных в области производства мочевины, таких как очистка, концентрирование и грануляция.

[0044] Выходящий из устройства для разложения газ, вводимый в погружной конденсатор C, абсорбируют и конденсируют в абсорбирующей жидкости (абсорбирующей среде), вводимой из линии 120. Полученная жидкость течет по линии 121 в эжектор D, где давление жидкости увеличивается, и жидкость рециркулирует в реактор A синтеза по линии 103. Несконденсированный газ выводят по линии 122. Газ в линии 122 может быть рекуперирован в виде рекуперированной жидкости, когда газ абсорбируется в абсорбирующей среде и одновременно охлаждается (не показано). В качестве абсорбирующей среды можно надлежащим образом использовать абсорбирующую среду, общеизвестную в области способа производства мочевины, такую как вода (которая может содержать мочевину, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония). Рекуперированная жидкость необязательно может находиться под давлением и может использоваться в качестве абсорбирующей среды в конденсаторе C.

[0045] Конденсат пара вводят в качестве охлаждающей среды (воды) в трубное пространство погружного конденсатора C из линии 201. Конденсат пара нагревается за счет теплообмена с текучей средой в межтрубном пространстве погружного конденсатора C с образованием пара.

[0046] Средство рециркуляции, используемое для рециркуляции в реактор A синтеза по меньшей мере части жидкости, полученной в межтрубном пространстве погружного конденсатора C, включает линии 121, 103 и эжектор D.

[0047] Система охлаждения погружного конденсатора описана со ссылкой на фиг.2. Когда вода подается в трубное пространство погружного конденсатора С из линии 201, часть воды превращается в пар, а газожидкостный двухфазовый поток выводится по линии 202. Газожидкостное разделение газожидкостного двухфазового потока осуществляется в газожидкостном сепараторе F, при этом газожидкостный двухфазный поток разделяется на конденсат пара (линия 203) и пар (линия 204). Двление конденсата пара в линии 203 увеличивают с помощью насоса G и возвращают в линию 201. Поскольку пар отводится по линии 204, подпиточную воду подают в систему охлаждения по линии 205. На фигуре подпиточную воду подают в газожидкостный сепаратор F.

[0048] Средство подачи воды, используемое для подачи воды в трубное пространство погружного конденсатора C с массовым расходом, которое в три или более раз превышает скорость генерации пара, включает линии 201, 202, 203 и 205, газожидкостной сепаратор F и насос G. Эти линии и устройства выполнены с возможностью подачи воды в трубное пространство погружного конденсатора C с массовым расходом, которое в три или более раз превышает скорость образования пара.

[0049] Пар из линии 204 может подаваться, например, в паровую турбину H или другое устройство I, которое потребляет пар, или может быть выпущен в атмосферу после снижения давления, при необходимости. Пар может подаваться в линию 204 из другого устройства J, которое вырабатывает пар. Другое устройство I, которое потребляет пар, и другое устройство J, которое генерирует пар, могут находиться в устройстве для производства мочевины или могут находиться вне устройства для производства мочевины. Примеры другого устройства I, которое присутствует в устройстве для производства мочевины и которое потребляет пар, включают подогреватель аммиака E. Примеры другого устройства J, которое присутствует вне устройства для производства мочевины и которое генерирует пар, включают установку для производства аммиака.

[0050] Давление пара, образующегося в трубном пространстве погружного конденсатора C, можно регулировать таким образом, чтобы количество теплообмена в погруженном конденсаторе C можно было регулировать в зависимости от нагрузки (нагрузки установки) устройства для производства мочевины, другими словами, таким образом, чтобы можно было регулировать температуру в межтрубном пространстве, одновременно подавая избыточный конденсат пара в трубное пространство погружного конденсатора C. Примеры конкретных процессов, следовательно, показаны ниже.

- Увеличение или уменьшение количества пара, подаваемого в линию 204 из другого устройства J, которое генерирует пар.

- Увеличение или уменьшение количества пара, подаваемого из линии 204 в другое устройство I, которое потребляет пар.

- Увеличение или уменьшение количества пара, подаваемого в паровую турбину H из линии 204.

- Увеличение или уменьшение количества пара, выпускаемого в атмосферу из линии 204.

[0051] Например, как показано на фиг. 2, предпочтительно использовать специальный насос G, который используется только для подачи воды в трубное пространство погружного конденсатора. В этом случае при нормальной работе, поскольку кроме погружного конденсатора конденсат пара больше никуда не подается, расход парового конденсата (линия 201), подаваемого в погружной конденсатор, является постоянным. Другими словами, можно предотвратить колебания расхода конденсата пара, подаваемого в погружной конденсатор, обусловленные колебаниями расхода конденсата пара, подаваемого в любое другое место, кроме погружного конденсатора. Таким образом, тепло можно эффективно отводить из погружного конденсатора. Для стимуляции реакции синтеза мочевины в погруженном конденсаторе температура погружного конденсатора является важным параметром в процессе производства мочевины. Когда расход парового конденсата, подаваемого в качестве охлаждающей среды в погружной конденсатор, является постоянным, легко поддерживать постоянную температуру в погруженном конденсаторе. Однако для предотвращения накопления некоторых компонентов в средствах подачи воды, включая линии 201, 202 и 203, можно использовать продувку. В нестабильном режиме помимо продувки также можно осуществлять подачу воды в другие устройства, отличные от погружного конденсатора.

Список ссылочных позиций

[0052] A: РЕАКТОР СИНТЕЗА

B: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ

C: ПОГРУЖНОЙ КОНДЕНСАТОР

D: ЭЖЕКТОР

E: ТЕПЛООБМЕННИК (ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ АММИАКА)

F: ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР

G: НАСОС

H: ПАРОВАЯ ТУРБИНА

I: ДРУГОЕ УСТРОЙСТВО, ПОТРЕБЛЯЮЩЕЕ ПАР

J: ДРУГОЕ УСТРОЙСТВО, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ ПАР

Изобретение относится к способу производства мочевины. Способ включает: стадию синтеза, на которой происходит синтез мочевины из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза мочевины; стадию разложения, на которой путем нагревания раствора для синтеза мочевины, полученного на стадии синтеза, происходит разложение карбамата аммония и отделение газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, от раствора для синтеза мочевины с получением раствора для синтеза мочевины с более высокой концентрацией мочевины по сравнению с раствором для синтеза, полученным на стадии синтеза; стадию конденсации, на которой с использованием погружного конденсатора, включающего кожухотрубную теплообменную структуру, включающую U-образную трубку, происходит абсорбция и конденсация по меньшей мере части газовой смеси, полученной на стадии разложения, в абсорбирующей среде в межтрубном пространстве, и генерация пара в трубном пространстве с использованием тепла, выделяемого во время конденсации; стадию рециркуляции, на которой происходит рециркуляция на стадию синтеза по меньшей мере части жидкости, причем указанную жидкость получают в межтрубном пространстве на стадии конденсации; и стадию подачи воды, на которой происходит подача воды в трубное пространство погружного конденсатора с массовым расходом, который в три или более раз превышает скорость образования по массе пара, образующегося в погружном конденсаторе. Предложенный способ позволяет уменьшить распределение температуры в погруженном конденсаторе. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ производства мочевины, включающий:

стадию синтеза, на которой происходит синтез мочевины из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза мочевины;

стадию разложения, на которой путем нагревания раствора для синтеза мочевины, полученного на стадии синтеза, происходит разложение карбамата аммония и отделение газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, от раствора для синтеза мочевины с получением раствора для синтеза мочевины с более высокой концентрацией мочевины по сравнению с раствором для синтеза, полученным на стадии синтеза;

стадию конденсации, на которой с использованием погружного конденсатора, включающего кожухотрубную теплообменную структуру, включающую U-образную трубку, происходит абсорбция и конденсация по меньшей мере части газовой смеси, полученной на стадии разложения, в абсорбирующей среде в межтрубном пространстве, и генерация пара в трубном пространстве с использованием тепла, выделяемого во время конденсации;

стадию рециркуляции, на которой происходит рециркуляция на стадию синтеза по меньшей мере части жидкости, причем указанную жидкость получают в межтрубном пространстве на стадии конденсации; и

стадию подачи воды, на которой происходит подача воды в трубное пространство погружного конденсатора с массовым расходом, который в три или более раз превышает скорость образования по массе пара, образующегося в погружном конденсаторе.

2. Способ производства мочевины по п.1, где скорость потока воды, подаваемой в трубное пространство погружного конденсатора, на входе U-образной трубки составляет 0,3 м/с или более.

3. Способ производства мочевины по п.1, где стадия подачи воды включает стадию повышения давления воды, подаваемой в трубное пространство погружного конденсатора, с помощью насоса.

4. Способ производства мочевины по п.1, где стадия подачи воды включает стадию газожидкостного разделения, на которой происходит газожидкостное отделение текучей среды, причем указанную текучую среду получают в трубном пространстве погружного конденсатора с получением пара и воды.

5. Способ производства мочевины по п.4, где стадия подачи воды включает стадию подачи воды, полученной на стадии газожидкостного разделения, в трубное пространство погружного конденсатора.

6. Способ производства мочевины по любому из пп.1-5, где погружной конденсатор является вертикальным погружным конденсатором.

7. Способ производства мочевины по п.6, где вертикальный погружной конденсатор имеет трубную решетку, расположенную под U-образной трубкой.

8. Способ производства мочевины по п.1, где массовый расход воды, подаваемой в трубное пространство погружного конденсатора, в восемь или более раз превышает скорость генерации пара, образующегося в погруженном конденсаторе.

9. Способ производства мочевины по п.1, где стадию синтеза и стадию конденсации выполняют в одном сосуде высокого давления.