ПАРОВАЯ СЕТЕВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УСТАНОВКИ, СОДЕРЖАЩЕЙ БЛОК ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА И БЛОК ПРОИЗВОДСТВА КАРБАМИДА Российский патент 2023 года по МПК F01K7/12 C01C1/04 

Область техники настоящего изобретения

Согласно настоящему изобретению предложена паровая сетевая система для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Также предложен способ распределения пара в паровой сетевой системе, содержащей паропровод высокого давления и два паропровода среднего давления, для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Кроме того, предложен способ реконструкции паровой сетевой системы, содержащей паропровод высокого давления, два паропровода среднего давления и две турбины конденсационного типа, для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида.

Уровень техники настоящего изобретения

Для эксплуатации многочисленных промышленных машин или устройств, например, теплообменников, требуется пар, и, таким образом, паровая сеть представляет собой ключевой компонент любой крупной промышленной установки. Пар может быть использован для теплоснабжения устройства, или он может быть преобразован в механическую энергию с применением паровой турбины. Паровая турбина в ее современном виде была изобретена в 1884 году. В настоящее время турбины находят широкое применение в самых разнообразных промышленных установках, например, энергетических установках. Турбины получают пар под давлением, который может быть произведен с применением бойлера или других промышленных процессов в качестве источника энергии, с передачей механической энергии на вращающийся выходной вал. Например, турбина может быть присоединена к электрическому генератору для производства электроэнергии. Кроме того, она может быть присоединена к устройствам других типов, для которых требуется осуществление механической работы, таким как компрессоры или насосы.

Существуют паровые турбины двух основных типов, представляющие собой турбины конденсационного типа и турбины типа противодавления (или обратного давления). Турбина конденсационного типа содержит конденсатор, который конденсирует отходящий пар с образованием жидкой воды. На этой стадии уменьшаются температура и давление отходящего пара, и увеличивается количество энергии, которая может быть отведена от пара посредством турбины: максимальная величина энергии, которая может быть отведена от потока пара, прямо пропорциональна разности между давлением и температурой входящего пара и давлением и температуры выходящего пара.

Турбина типа противодавления не осуществляет расширение пара высокого давления до давления на уровне или ниже атмосферного давления. Вместо этого она выпускает при заданном давлении технологический пар, который далее направляется на другие устройства, которые находятся в пределах установки, и для эксплуатации которых требуется пар. Турбины обоих типов могут быть дополнительно оборудованы отводящим выпуском, что позволяет выпускать из турбины некоторое количество пара при промежуточном давлении.

Карбамид представляет собой удобрение на основе азота, которое в настоящее время находит наиболее широкое применение во всем мире. Его производят в результате реакции аммиака с диоксидом углерода. Поскольку в синтезе аммиака, как правило, применяют газообразный азот из воздуха и природный газ и производят диоксид углерода, в блоке производства карбамида может находить применение диоксид углерода, полученный в блоке производства аммиака, то аммиак и карбамид часто производят на одной и той же установке.

На фиг. 1 представлена часть традиционной паровой сетевой системы для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. В этой системе присутствуют три паропровода, переносящие пар при различных давлениях: паропровод 1 высокого давления и два паропровода 2 и 3 среднего давления. Паропровод 1 содержит пар под давлением, составляющим приблизительно 11 МПа; паропровод 2 содержит пар под давлением, составляющим приблизительно 3,7 МПа; и паропровод 3 под давлением, составляющим приблизительно 2,4 МПа. Две турбины 10 и 11 конденсационного типа с выпуском получают пар высокого давления из паропровода 1 высокого давления, и энергию, производимую турбиной 10, используют для приведения в действие компрессора синтез-газа (синтетического газа) в блоке производства аммиака установки, а энергию, производимую другой турбиной 11, используют для приведения в действие компрессора диоксида углерода (СО₂) в блоке производства карбамида установки. Синтетический газ, который содержит монооксид углерода (СО), газообразный водород (Н₂), диоксид углерода метан, используют в блоке производства аммиака для получения газообразной композиции, содержащей N₂, H₂, аргон и метан, которую направляют в реактор, представляющий собой аммиачный конвертер, для получения аммиака. Газообразный СО₂ газ используют в синтезе карбамида, где аммиак реагирует с СО₂, и образуется карбамат аммония, который затем разлагается с образованием карбамида и воды. Компрессор синтетического газа и компрессор СО₂ представляют собой два блока, для которых требуется наибольшее количество механической энергии в установке для производства аммиака и карбамида. Исторически турбины конденсационного типа находили применение для необходимого энергоснабжения обоих компрессоров; при этом указанные турбины могут производить большое количество энергии из пара, который легко производится в бойлере высокого давления, и они также могут быть оборудованы отводящим выпуском для снабжения технологическим паром остальных устройств установки. Турбина 10 присоединена к конденсатору 20 через паропровод 4. Турбина также содержит отводящий выпуск, который присоединен к паропроводу 5, и паропровод 5 снабжает паром паропровод 2 среднего давления. Турбина 11 присоединена к конденсатору 21 через паропровод 6 и содержит отводящий выпуск, который присоединен к паропроводу 7. Паропровод 7 снабжает паром паропровод среднего давления 3. Паропроводы 2 и 3 снабжают паром технологических потребителей 40 и 41, соответственно. В этой системе присутствуют две взаимно независимые паровые сетки среднего давления, в которые входят соответствующие паропроводы и технологические потребители. Паропровод 2 среднего давления снабжает паром блок производства аммиака, и паропровод 3 среднего давления снабжает паром блок производства карбамида.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Согласно одному аспекту предложена паровая сетевая система для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Паровая сетевая система содержит паропровод высокого давления, два паропровода среднего давления, а также первую и вторую турбины, присоединенные к паропроводу высокого давления для снабжения обеих турбин паром высокого давления, причем первая турбина, которую снабжает паром высокого давления паропровод высокого давления, представляет собой турбину конденсационного типа с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, и при этом вторая турбина, которую снабжает паром высокого давления паропровод высокого давления, представляет собой турбину типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления, и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки.

Согласно другому аспекту предложен способ распределения пара высокого давления в паровой сетевой системе для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Паровая сетевая система содержит паропровод высокого давления и два паропровода среднего давления, и способ включает стадию введения пара высокого давления из паропровода высокого давления в турбину конденсационного типа с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления, выполненных с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, и в турбину типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления, выполненным с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки.

Согласно следующему аспекту предложен способ реконструкции паровой сетевой системы для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Паровая сетевая система содержит паропровод высокого давления, два паропровода среднего давления, две турбины конденсационного типа с выпуском, которые снабжает паром паропровод высокого давления, и два конденсатора, причем одна из двух турбин конденсационного типа присоединена к одному из двух конденсаторов и к одному из двух паропроводов среднего давления, а другая из двух турбин конденсационного типа присоединена к другому из двух конденсаторов и к другому из двух паропроводов среднего давления, и при этом одна из двух турбин конденсационного типа выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, а другая из двух турбин конденсационного типа выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки. Способ включает следующие стадии: (а) замена паровой турбины конденсационного типа, выполненной с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂, турбиной типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления; и (b) удаление конденсатора, присоединенного к паровому выпуску турбины конденсационного типа, удаленной на стадии (а).

Краткое описание фигур

На фиг. 1 представлена возможная паровая сетевая система установки для производства аммиака и карбамида согласно известному уровню техники.

На фиг. 2 представлена паровая сетевая система согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Если не определены другие условия, все термины, которые используются в раскрытии настоящего изобретения, в том числе технические и научные термины, имеют значения, которые, как правило, понимает обычный специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение. В качестве дополнительного разъяснения, определения терминов представлены для лучшего понимания описания настоящего изобретения.

Все документы, процитированные в настоящем описании, во всей своей полноте считаются включенными в него посредством ссылки.

При использовании в настоящем документе представленные ниже термины имеют следующие значения:

Грамматические формы единственного числа, которые используются в настоящем документе, означают как единственное, так и множественное число, если иное условие четко не продиктовано контекстом. В качестве примера, «отсек» означает один или более чем один отсек.

Термин «приблизительно», который используется в настоящем документе в отношении измеряемой величины, такой как параметр, количество, продолжительность времени и т.д., предназначен для охвата отклонений, составляющих +/-20% или менее, предпочтительно +/-10% или менее, предпочтительнее+1-5% или менее, еще предпочтительнее +/-1% или менее и еще предпочтительнее +/-0,1% или менее от указанной величины, при том условии, что такие отклонения соответствуют вариантам осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что и сама величина, к которой относится термин «приблизительно», также считается конкретно описанной.

Термины «содержать», «содержащий», «содержит» и «содержащийся», которые используются в настоящем документе, являются синонимичными по отношению к терминам «включать», «включающий», «включает», «включенный», «охватывать», «охватывающий», «охватывает» и представляют собой открытые или неограничительные термины, которые означают присутствие объектов, например, компонентов, включенных в список, следующий за этими терминами, и при этом не исключено и не ограничено присутствие дополнительных не включенных в список компонентов, признаков, элементов, деталей и стадий, которые известны в технике или описаны в настоящем документе.

Численные диапазоны, которые представлены конечными точками, включают все целые и дробные числа, находящиеся в пределах данного диапазона, а также указанные конечные точки.

Согласно одному аспекту предложена паровая сетевая система для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Паровая сетевая система содержит паропровод высокого давления, два паропровода среднего давления, а также первую и вторую турбину, присоединенные к паропроводу высокого давления для снабжения обеих турбин паром высокого давления, причем первая турбина, которую снабжает паром высокого давления паропровод высокого давления, представляет собой турбину конденсационного типа с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления, выполненную с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, и при этом вторая турбина, которую снабжает паром высокого давления паропровод высокого давления, представляет собой турбину типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления, и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки.

Было обнаружено, что присутствующие в сочетании турбина конденсационного типа и турбина типа противодавления обеспечивают ряд преимуществ паровой сетевой системы для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. В таком сочетании турбина типа противодавления обеспечивает преимущества, заключающиеся в том, что по сравнению с турбиной конденсационного типа сокращаются расходы на ее установку и эксплуатацию, поскольку не требуются конденсаторы и подключения к соответствующим технологическим системам (таким как водяное охлаждение для конденсации пара, насосы для откачивания конденсата, системы управления и т.д.) в паровой сетевой системе, уменьшается требуемое обслуживание, а также уменьшаются размеры по сравнению с турбиной конденсационного типа, в результате чего уменьшается пространство, которое требуется для всей паровой сетевой системы. Кроме того, турбина типа противодавления может обеспечивать промышленную установку технологическим паром при более чем одном уровне давления. Выходящий пар из турбины типа противодавления обеспечивает технологический пар при заданном уровне давления, составляющего, например, приблизительно 2,4 МПа. Кроме того, турбина типа противодавления может быть установлено с отводящим пар выпуском, который обеспечивает технологический пар под давлением на промежуточном уровне между высоким давлением входящего пара и низким давлением выходящего пара. Согласно одному варианту осуществления турбина типа противодавления имеет отводящий выпуск, из которого выходит пар под давлением, составляющим приблизительно 3,7 МПа. Этот пар может направляться технологическим потребителям, которые расположены в пределах той же установки, и для эксплуатации которых требуется пар. Как правило, для блока производства карбамида в установке для производства аммиака и карбамида требуется пар под давлением, составляющим приблизительно 2,4 МПа, и для блока производства аммиака требуется пар под давлением, составляющим приблизительно 3,7 МПа. С другой стороны, турбина конденсационного типа способна производить больше энергии из пара высокого давления, чем аналогичная турбина типа противодавления, поскольку давление и температура выпускаемого пара оказываются значительно меньше, чем в случае турбины типа противодавления. Кроме того, она может быть оборудована отводящим выпуском для подачи технологического пара при промежуточном давлении. Если обе турбины, в том числе турбина конденсационного типа и турбина типа противодавления, оборудованы отводящим выпуском при одинаковом давлении, составляющим, например, приблизительно 3,7 МПа, то поток пара, выходящий из каждой турбины необходимо регулировать в зависимости от требований к пару для данной установки. В этой конфигурации две паровые сетки среднего давления оказываются соединенными друг с другом. Как правило, это является нежелательным, поскольку усложняются операции по эксплуатации установки: если возникает проблема в паровой сети одного из блоков (блока производства аммиака или блока производства карбамида), она автоматически распространяется на другой блок, и, таким образом, система управления паровой сети должна быть приспособлена соответствующим образом. Однако было также обнаружено, что в режиме регулярной эксплуатации общее потребление пара для установки может быть сокращено. По существу, турбина типа противодавления теперь может обеспечивать технологический пар при двух различных значениях давления и температуры, которые требуются для блока производства аммиака и блока производства карбамида. Следовательно, при этом сокращается количество технологического пара, которое должно быть выпущено из турбины конденсационного типа. Если меньшее количество технологического пара при промежуточном давлении требуется от турбины конденсационного типа, то может быть сконденсировано большее количество пара, подаваемого в турбину. Таким образом, может уменьшаться массовый поток пара, который поступает в турбину конденсационного типа, в то время как остается неизменной величина работы, которую производит эта турбина. Это становится возможным, потому что коэффициент полезного действия турбины типа противодавления, как правило, оказывается выше, чем в случае турбины конденсационного типа: для эксплуатации турбины типа противодавления требуется только пар при относительно высоком давлении, в то время как нижние ступени турбины конденсационного типа работают при давлении на уровне или ниже атмосферного давления. При таких значениях давления некоторое количество пара конденсируется в турбине, и образуется смесь газа и жидкости, которая создает трение с лопастями турбины и снижает коэффициент полезного действия турбины. В контексте настоящей заявки коэффициент полезного действия турбины означает способность турбины преобразовывать энергию пара в механическую работу, т.е. представляет собой соотношение, вычисляемое в результате деления разности энергии, которую обеспечивает поступающий в турбину пар, и энергии пара, выходящего из турбины, на разность производимой турбиной механической работы и энергии пара, выходящего из турбины. Чем больше коэффициент полезного действия турбины, тем меньше энергии пара требуется для производства данной величины работы.

В паровой сетевой системе дополнительно присутствуют по меньшей мере два паропровода среднего давления, причем с каждым из них соединен по меньшей мере один технологический потребитель. В установке, содержащая блок производства аммиака и блок производства карбамида, для большого числа технологических потребителей может требоваться пар в качестве источника энергии или тепла. Паровые турбины, испарители, отпарные колонны, конденсаторы, теплообменники представляют собой такие технологические блоки, для которых требуется пар при выполнении соответствующих задач. Вследствие многочисленных возможных конструкций и приложений, для них может требоваться пар, имеющий различные характеристики, такие как давление и температура. Для промышленной установки оказывается преимущественным присутствие паровой сетевой системы, содержащей несколько паропроводов с различными уровнями давления. Каждый паропровод может обеспечивать паром технологические блоки в соответствии с их потребностями. Паропровод среднего давления может содержать пар под давлением, составляющим от приблизительно 2,0 МПа до приблизительно 6,0 МПа, в частности, от приблизительно 3,0 МПа до приблизительно 4,0 МПа. Паропровод среднего давления также может содержать пар под давлением, составляющим от приблизительно 1,0 МПа до приблизительно 5,0 МПа, в частности, от приблизительно 1,5 МПа до приблизительно 3,0 МПа. Паропроводы среднего давления могут получать пар от различных производителей пара, например, от бойлеров или паровых турбин.

Газовые компрессоры представляют собой пример промышленного технологического оборудования, для эксплуатации которого может потребоваться большое количество энергии. Они находят применение в многочисленных и разнообразных промышленных процессах, в которых присутствуют разнообразные исходные газы, такие как природный газ, синтетический газ, этилен, водород, монооксид углерода (СО) и диоксид углерода (СО₂). Как правило, в промышленной установке присутствуют несколько компрессоров, для каждого из которых используются различные исходные газы. Для эксплуатационных целей оказывается желательным, чтобы все компрессоры получали энергию из различных источников, каждый из которых может представлять собой турбину.

Для компрессора синтетического газа обычно требуется больше энергии, чем для компрессора СО₂. Может оказаться предпочтительным присутствие турбины типа противодавления, выполненной с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂, потому что эта турбина, как правило, производит меньшее количество технологического пара, чем в том случае, если бы она была выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа. Турбина типа противодавления, выполненная с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа, производила бы большее количество пара, чем требуется для установки, и происходила бы потеря этого пара, что приводило бы к ненужному увеличению расходов на эксплуатацию установки.

Согласно одному варианту осуществления паропровод высокого давления содержит пар под давлением, составляющим от приблизительно 8,0 МПа до приблизительно 12,0 МПа, в частности, от приблизительно 9,0 МПа до приблизительно 11,0 МПа. Энергия, переносимая паром, или энергия, которая может быть получена из пара с применением паровой турбины, зависит от давления и температуры пара. Чем выше давление и температура пара, тем больше энергии может производить паровая турбина из данного количества пара.

Согласно другому аспекту предложен способ распределения пара высокого давления в паровой сетевой системе для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Паровая сетевая система содержит паропровод высокого давления и два паропровода среднего давления, и способ включает стадию введения пара высокого давления из паропровода высокого давления в турбину конденсационного типа с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления, выполненную с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, и в турбину типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления, выполненную с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки.

В случае паровой сетевой системы для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида, может оказаться преимущественным присутствие паропровода высокого давления, который обеспечивает пар для турбины конденсационного типа с выпуском и турбины типа противодавления с выпуском. Турбина типа противодавления производит механическую энергию и технологический пар на промежуточном уровне давления, который может быть использован другими устройствами в пределах установки. При этом устраняется необходимость в установке устройств, в частности, для производства этого пара. Турбина конденсационного типа является подходящей для получения большого количества энергии из пара высокого давления посредством его конденсации до давления ниже атмосферного. Неожиданно оказалось, что такая паровая сеть, содержащая турбины двух различных типов, может быть более эффективной, чем сеть, содержащая две турбины одинакового типа. Для паропровода высокого давления, с которым соединены две турбины конденсационного типа, требуется дополнительное оборудование (второй конденсатор), а также и присутствуют соединительные приспособления, которые увеличивают расходы на установку, эксплуатацию и обслуживание сети. Паропровод высокого давления, с которым соединены две турбина типа противодавления, производил бы значительное количество технологического пара, превышающее потребности установки, что создает ненужные затраты. Обе турбины, в том числе турбина типа противодавления и турбина конденсационного типа, могут быть оборудованы отводящим пар выпуском для получения пара при промежуточных уровнях давления.

Паровая сетевая система представляет собой важную часть установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Эта система содержит по меньшей мере три уровня (т.е. три паропровода с тремя различными значениями давления пара): уровень высокого давления (10 МПа и выше) и два уровня среднего давления (каждый из них содержащий пар под давлением, составляющим от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0 МПа). Пар может быть произведен с применением технологического оборудования или бойлеров и распределен для разнообразных потребительских блоков. Турбина типа противодавления может производить технологический пар для обоих паропроводов среднего давления. При этом образуется взаимное соединение между двумя сетками, и, таким образом, система управления паровая сеть должна быть приспособлена соответствующим образом. Но неожиданно было обнаружено, что такое взаимное соединение также может обеспечивать преимущества системы, такие как снижение общего потребления пара.

Согласно следующему аспекту предложен способ реконструкции паровой сетевой системы для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Паровая сетевая система содержит паропровод высокого давления, два паропровода среднего давления, две турбины конденсационного типа с выпуском, который снабжает паром паропровод высокого давления, и два конденсатора, причем одна из двух турбин конденсационного типа присоединена к одному из двух конденсаторов и к одному из двух паропроводов среднего давления, а другая из двух турбин конденсационного типа присоединена к другому из двух конденсаторов и к другому из двух паропроводов среднего давления, и при этом одна из двух турбин конденсационного типа выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, а другая из двух турбин конденсационного типа выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки. Способ включает следующие стадии: (а) замена паровой турбины конденсационного типа, выполненной с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂, турбиной типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления; и (b) удаление конденсатора, присоединенного к паровому выпуску турбины конденсационного типа, удаленной на стадии (а).

Промышленные установки имеют очень высокую стоимость (вплоть до нескольких сотен миллионов евро), и, таким образом, оптимизация существующей установки оказывается весьма выгодной по сравнению со строительством новой установки. Когда паровая сетевая система установки, содержащая блок производства аммиака и блок производства карбамида, содержит паропровод высокого давления, два паропровода среднего давления и две турбины конденсационного типа, которые получают пар высокого давления, может оказаться преимущественным замена одной из двух турбин конденсационного типа турбиной типа противодавления. Аналогично любому химическому технологическому оборудованию, с течением времени у паровых турбин снижается коэффициент полезного действия, и они нуждаются в замене с регулярными временными интервалами. Замена обеих турбин конденсационного типа турбинами типа противодавления не рекомендуется, потому что в таком случае также производилось бы больше технологического пара, чем требуется для установки, что создавало бы ненужные затраты. Однако оказывается, что присутствие по одной турбине каждого типа является весьма предпочтительным, поскольку при этом паровая сетевая система приобретает преимущества турбин обоих типов (производство технологического пара турбиной типа противодавление и производство высокой мощности турбиной конденсационного типа). Поскольку для турбины типа противодавления не требуется конденсатор для обработки пара из ее выпуска, конденсатор, присоединенный к заменяемой турбине конденсационного типа, также может быть удален из паровой сетевой системы. При этом также дополнительно уменьшаются расходы на эксплуатацию и обслуживание установки. Обе турбины содержат по меньшей мере один отводящий выпуск, который подает при желательном давлении технологический пар, который используется в установке для разнообразных технологических потребителей. Турбина типа противодавления содержит дополнительный отводящий выпуск и может подавать технологический пар при двух различных промежуточных уровнях давления, составляющих, например, 2,4 и 3,7 МПа, по сравнению с единственным уровнем давления в случае турбины конденсационного типа. Один из указанных выпусков может работать при таком же давлении, как отводящий выпуск оставшейся турбины конденсационного типа. Это позволяет уменьшать количество пара, отводимого из турбины конденсационного типа. В результате этого меньшее количество впускаемого пара требуется для турбины конденсационного типа, которая может конденсировать значительную долю входящего пара, и, таким образом, поддерживается величина производимой механической работы. Поскольку коэффициент полезного действия турбины типа противодавления, как правило, выше, чем в случае турбины конденсационного типа, может быть уменьшено общее количество пара высокого давления, используемого обеими турбинами, что приводит к снижению расходов на эксплуатацию установки.

Согласно следующему аспекту предложена установка, в частности, установка для производства удобрений, содержащая блок производства аммиака, блок производства карбамида и паровую сетевую систему, которая описана выше. Паровая сетевая система содержит паропровод высокого давления, два паропровода среднего давления, а также первую и вторую турбины, присоединенные к паропроводу высокого давления, для снабжения обеих турбин паром высокого давления; причем первая турбина, которую снабжает паром высокого давления паропровод высокого давления, представляет собой турбину конденсационного типа с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки; и при этом вторая турбина, которую снабжает паром высокого давления паропровод высокого давления, представляет собой турбину типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления, которая выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор диоксида углерода (СО₂) в блоке производства карбамида установки.

Пример 1

На фиг. 2 проиллюстрирована паровая сетевая система для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Эта система содержит три паропровода, передающие пар при различных уровнях давления: паропровод 1 высокого давления и два паропровода 2 и 3 среднего давления. Паропроводы 2 и 3 содержат пар под давлением, составляющим приблизительно 3,7 МПа и 2,4 МПа соответственно. Паропровод 2 передает пар в блок производства аммиака установки, и паропровод 3 передает пар в блок производства карбамида. Одну турбину 10 конденсационного типа с выпуском снабжает паром высокого давления паропровод 1 высокого давления, и энергия, которую производит турбина 10, используется для приведения в действие компрессора синтетического газа. Одну турбину 12 типа противодавления с выпуском снабжает паром высокого давления паропровод 1 высокого давления, и энергия, которую производит турбина 12, используется для приведения в действие компрессора СО₂. Турбина 10 присоединена к конденсатору 20 через паропровод 4. Она также подает пар под давлением 3,7 МПа в паропровод 2 среднего давления через паропровод 5. Турбина 12 типа противодавления содержит два паровых выпуска: один выпуск присоединен к паропроводу 8, который подает пар под давлением, составляющим приблизительно 2,4 МПа, и присоединен ко второму паропроводу среднего давления 3. Другой выпуск, присоединен к паропроводу 9, который выпускает пар под давлением, составляющим приблизительно 3,7 МПа, и присоединен к паропроводу 2 среднего давления. Паропроводы 2 и 3 обеспечивают паром среднего давления, соответственно, технологических потребителей 40 и 41, соответственно.

Специалист в данной области техники понимает, что настоящее изобретение никаким образом не может быть ограничено описанным выше вариантом осуществления. С другой стороны, возможны многочисленные модификации и вариации в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к устройствам, которые используются в установках производства аммиака и карбамида. Согласно первому из изобретений группы предложена паровая сетевая система для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида, содержащая паропровод (1) высокого давления, два паропровода (2, 3) среднего давления, а также первую и вторую турбину (10, 12), которые снабжает паром высокого давления паропровод (1) высокого давления; причем первая турбина (10), которую снабжает паром высокого давления паропровод (1) высокого давления, представляет собой турбину конденсационного типа с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления (2) и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, и при этом вторая турбина (12), которую снабжает паром высокого давления паропровод (1) высокого давления, представляет собой турбину типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам среднего давления, и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки. Второй объект относится к установке, содержащей паровую сетевую систему, то есть первое из изобретений группы. Кроме того, также представлены способ распределения пара высокого давления в паровой сетевой системе для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида, и способ реконструкции паровой сетевой системы для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида. Изобретение позволяет повысить эффективность паровой сети, в частности за счёт снижения расходов на эксплуатацию установки. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

1. Паровая сетевая система для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида, включающая паропровод (1) высокого давления, два паропровода (2, 3) среднего давления, а также первую и вторую турбины (10, 12), присоединенные к паропроводу (1) высокого давления для снабжения обеих турбин паром высокого давления;

причем первая турбина (10), которую снабжает паром высокого давления паропровод (1) высокого давления, представляет собой турбину конденсационного типа с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления (2) и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки; и

при этом вторая турбина (12), которую снабжает паром высокого давления паропровод (1) высокого давления, представляет собой турбину типа противодавления с выпуском, присоединенным к двум паропроводам (2, 3) среднего давления и выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор диоксида углерода (СО₂) в блоке производства карбамида установки.

2. Паровая сетевая система по п. 1, в которой паропровод (1) высокого давления содержит пар под давлением, составляющим от приблизительно 8,0 МПа до приблизительно 12,0 МПа, в частности, от приблизительно 9,0 МПа до приблизительно 11,0 МПа.

3. Паровая сетевая система по п. 1 или 2, в которой один из двух паропроводов среднего давления (2) содержит пар под давлением, составляющим от приблизительно 2,0 МПа до приблизительно 6,0 МПа, в частности, от приблизительно 3,0 МПа до приблизительно 4,0 МПа.

4. Паровая сетевая система по п. 3, в которой другие один из двух паропроводов среднего давления (3) содержит пар под давлением, составляющим от приблизительно 1,0 МПа до приблизительно 5,0 МПа, в частности, от приблизительно 1,5 МПа до приблизительно 3,0 МПа.

5. Установка, содержащая блок производства аммиака, блок производства карбамида и паровую сетевую систему по любому из пп. 1-4.

6. Установка по п. 5, причем установка представляет собой установку для производства удобрений.

7. Способ распределения пара высокого давления в паровой сетевой системе, содержащей паропровод (1) высокого давления и два паропровода среднего давления (2, 3), для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида, включающий стадию введения пара высокого давления из паропровода (1) высокого давления в турбину конденсационного типа (10) с выпуском в один из двух паропроводов среднего давления (2) и турбину типа противодавления (12) с выпуском, присоединенным к двум паропроводам (2, 3) среднего давления, причем турбина конденсационного типа (10) выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор синтетического газа в блоке производства аммиака установки, и турбина типа противодавления (12) выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂ в блоке производства карбамида установки.

8. Способ реконструкции паровой сетевой системы для установки, содержащей блок производства аммиака и блок производства карбамида, содержащей паропровод (1) высокого давления, два паропровода (2, 3) среднего давления, две турбины конденсационного типа с выпуском (10, 11), которые снабжает паром паропровод высокого давления, и два конденсатора (20, 21), причем одна из двух турбин конденсационного типа (10) присоединена к одному из двух конденсаторов (20) и к одному из двух паропроводов среднего давления (2), а другая из двух турбин конденсационного типа (11) присоединена к другому из двух конденсаторов (21) и к другому из двух паропроводов среднего давления (3), и при этом одна из двух турбин конденсационного типа (10) выполнена с возможностью передачи выпускаемой энергии в компрессор синтетического газа, а другая из двух турбин конденсационного типа (11) выполнена с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂, причем способ включает следующие стадии:

a) замена паровой турбины конденсационного типа (11), выполненной с возможностью передачи энергии в компрессор СО₂, турбиной типа противодавления (12) с выпуском, присоединенным к двум паропроводам (2, 3) среднего давления; и

b) удаление конденсатора, присоединенного к турбине конденсационного типа, удаленной на стадии (а).