Комбинированная нагревательная установка для использования вторичного низкопотенциального тепла производства карбамида Советский патент 1992 года по МПК F25B30/06 C07C273/04 

Изобретение относится к теплообмен- ной аппаратуре с применением теплоносителей, в частности (установке потребления тепловой энергии горячей воды в системе водооборотного цикла производства карбамида, и может быть использовано в химической технологии.

Промышленные агрегаты для получения карбамида характеризуются большим потреблением воды, используемой для съема тепла технологических потоков на всех стадиях процесса. При этом одна часть тепло- обменного оборудования предназначена для рекуперации тепла Основных, побочных и промежуточных продуктов процесса синСО

теза, а другая часть теплообменников работает с использованием в качестве теплоносителя (хладоагента) промышленной воды.

Для пополнения водооборотной системы хладоагентом агрегат карбамида средней мощности потребляет 2-3 м воды на 1 т готового продукта. И при этом в промышленную канализацию поступает около 1 м3/т сточных воде примесями карбамида.

Частичного сокращения водопотребле- ния и ликвидации сточных вод достигают созданием в производстве карбамида внутреннего водооборотного цикла, включающего градирню.

Наиболее близким техническим решением является установка, в которой вся технологическая вода после ее использования в качестве хладоагента в теплообменной аппаратуре технологического цикла процесса получения карбамида подается на градирню для снятия избыточной тепловой энергии, после чего охлажденная вода вновь возвращается в-процесс.

Известная установка для отвода тепла от технологических потоков содержит испарительную градирню или градирню сухого типа. При мощности производства карбамида 320 тыс. тн/год в окружающую среду безвозвратно теряется избыточное тепло в количестве 50 Гкал/ч. К градирне подключены холодильники узла компрессии диоксида углерода, циркуляционный холодильник флегмы раствора карбамата узла дистилляции плава, конденсаторы I ступени и конденсаторы I ступени отпарки раствора карбамида, конденсатор и циркуляционный холодильник узла абсорбции газов дистилляции раствором углеаммониевых солей, холодильник на линии сточной воды, конденсаторы стадии охлаждения сточных вод после десорбции II ступени, холодильники конденсата сокового пара и др. Схема известной установки представлена на фиг. 1, где: 1 - агрегат синтеза карбамида; 2 -технологические аппараты, в которых выделяется или поглощается тепло; 3 - теплообменное оборудование, нагреваемое (охлаждаемое) продукционными потоками или паром; 4 - теплообменное оборудование, охлаждаемое оборотной водой из градирни; 5 - теплообменное оборудование, охлаждаемое с помощью компрессионной холодильной установки; 6 - компрессионная холодильная установка; 7 - градирня; 8 - насос.

К недостаткам известной установки следует отнести высокие затраты энергии и при этом слабое использование вторичных энергоресурсов. Кроме того, проявляется вредное воздействие работы градирен на

окружающую среду, непроизводительно потребляется пресная вода и образуется значительное количество вредных промышленных стоков.

Цель изобретения - сокращение потерь

тепла, предотвращение загрязнения тепло- передающих поверхностей, уменьшение во- допотребления и сокращение промышленных стоков.

0 Поставленная цель достигается тем, что отработанный хлздоагент с узла компрессии охлаждается в сухой градирне, холодильники и конденсаторы I и II ступени отпарки раствора карбамида соединяются

5 по продукционному потоку с дополнительными холодильниками, причем ото всех этих аппаратов тепло отводится в нагреватели установки мгновенного вскипания (для минерализации стоков), кипятильники абсорб0 ционной холодильной машины и, частично, в аппараты воздушного охлаждения. Холодильники узла десорбции и конденсатор узла разложения карбамата низкого давления соединяются последовательно с дополни5 тельными теплообменниками. От продуктовых потоков в указанных аппаратах тепло отводится в подогреватели установки мгновенного вскипания, где деминерализуется питательная вода котлоагрегатой производ0 ства карбамида. Группа холодильников (конденсата, конденсатора пара) соединяется с дополнительно установленными теплообменниками и съем тепла осуществляется путем горячего водоснабжения агрегата

5 карбамида. Холодильники (циркуляционные холодильники скруббера, абсорбера, сточных вод, концевой конденсатор) соединены с испарителем абсорбционной холодильной машины,

0 В результате все избыточное тепло процесса получения карбамида используется рационально. Исключение градирни предопределяет повышенную надежность работы технологических аппаратов, так как

5 отсутствует коррозия теплообменных поверхностей (нет контакта с атмосферным воздухом), а также отсутствуют отложения солей на стенках аппаратов и биообрастания. Кроме того, отсутствие градирни иск0 лючает потребление пресной подготовленной воды на ее подпитку. Также исключаются потери воды в процессе ее испарения в градирне и при продувке градирни.

5 В отличие от установки прототипа предложенная установка исключает необходимость применения градирни. Согласно изобретения в системе внутреннего водооборотного цикла агрегата карбамида теп- лообменная аппаратура, предназначенная

для съема тепла технологических потоков холодной водой, условно отнесена к 5 группам. В каждую из групп объединяются аппараты с близкой энергетической нагрузкой по хладоагепту.

Установка работает в соответствии с схемой на фиг.2, где: 1 - агрегат синтеза; 2 -технологические аппараты и машины (компрессоры, скрубберы); 3 - теплообменное оборудование, нагреваемое (охлаждаемое) продукционными потоками или паром; 4 - теплообменное оборудование, охлаждаемое воздухом,теплоносителем в замкнутой системе утилизации тепла, а также абсорбционной холодильной машиной; 5 -тепло- обменное оборудование, охлаждаемое с помощью компрессионной холодильной машины; 6 - компрессионная холодильная машина; 7 - узел мгновенного вскипания (УМВ)для упаривания стоков производства карбамида; 8 - теплицы; 9 - абсорбционная холодильная машина (АХМ); 10 - внешний потребитель тепла (система горячего водоснабжения); 11 -узел мгновенного вскипания для обессоливания речной воды; 12,13 - подогреватели; 14,15 - дополнительные теплообменники.

Первая группа.

Энергетическая нагрузка по отработанному хладоагенту(воде, нагретой до 45°С) в количестве 653 м3/ч составляет 3,8 МВт -ч. Установка оборудована аппаратом воздушного охлаждения (АВО) с общей площадью теплообмена 7620 м . Регенерированный хладоагент с температурой 40°С возвращают в процесс.

Вторая группа.

В теплообменной аппаратуре генерируются тепловые потоки высокого потенциала, в связи с чем к установке кроме АВО дополнительно подключен внешний водо- оборотный цикл, представляющий собой узел мгновенного вскипания (УMB) и внешние тепловые нагрузки (например, обогрев теплиц, отопление помещений и т.п.). В АВО с общей площадью теплообмена 2940 м2, производительностью по воде 253 м3/ч теп- лосъем составляет 1,47 МВт, Дополнительно устанавливают теплообменники с общей поверхностью теплообмена 310,5 м2. При этом 17 МВт1 ч отёОдят оборотной водой, которую нагревают от 90 до 110°С и затем используют во внешнем водооборотном цикле следующим образом: 5 МВт потребляется генератором абсорбционной холодильной машины и 12 МВт используется на узле мгновенного вскипания (УМВ) для упаривания сточных вод из технологического цикла с получением обессоленной воды или

для бытовых нужд. Количество потребляемой при этом горячей воды с температурой 110°С составляет 731 м3/ч.

Третья группа.

Теплообменная аппаратура установки

соединена со среднетемпературным технологическим оборудованием. Отработанный хладозгент с температурой 90°С содержит 12,11 МВт тепловой энергии. Для утилиза0 ции вторичного тепла подключают УМВ, где потребляется 10,6 МВт для термического обессоливания речной воды. Расход теплоносителя в УМВ составляет 911 м /ч, начальная температура 90°С. Кроме того,

5 остаточную тепловую энергию в количестве 1,51 МВт отводят с помощью АВО общей площадью теплообмена 3038 м2 и производительностью по воде 260 м3/ч. Суммарная поверхность теплообмена в дополнитель0 ных теплообменниках составляет 176 м2. Четверная группа,

Теплообменная аппаратура установки соединена с низкотемпературным технологическим оборудованием. Из внутреннего

5 цикла водообеспечения отработанный хладагент поступает с температурой 70°С и после его регенерации возвращается в процесс с температурой 30°С. При этом теп- лосъем в количестве 2,99 МВтосуществляют

0 за счет горячего (70°С) водоснабжения цехов (или другого потребителя внешнего во- дооборотного цикла). Расход горячей воды 172 м3/ч.

Оставшаяся часть тепловой энергии в

5 количестве 1,17 МВт снимается в испарителе абсорбционной холодильной машины (АХМ). Общая поверхность теплообмена в дополнительных теплообменниках 49,9 м2. Пятая группа.

0 Установка подключена к низкотемпературным теплообменникам технологического цикла и использует тепло низкого потенциала. Вся тепловая энергия в количестве 2,36 МВт отводится в испарителе АХМ. В техно5 логический процесс возвращают хладагент с температурой 15°С.

Упаривание стоков производства карбамида производится на узле мгновенного вскипания с получением дистиллированной

0 воды. Дистиллят используют в качестве технической воды, при этом сокращается водо- потребление из горводопровода и значительно сокращаются стоки, содержащие готовый продукт. При этом циркуляци5 онная вода поступает в основной подогреватель, где нагревается теплом горячей воды от 67 до 90°С, а вода при згом охлаждается от 110 до 90°С. В основной подогреватели подается также исходная сточная вода с температурой 55°С. Подогретая смесь циркуляционной и исходной воды проходит четыре последовательно соединенных испарителя, где за счет прогрессирующего вакуума часть воды испаряется, циркуляционная вода при этом охлаждается до 40°С и циркуляционным насосом подается в конденсатор испарителей, где нагревается до 67°С и поступает в основной подогреватель.

Конденсатор последнего 4-го испарителя охлаждается оборотной водой. Образовавшийся в испарителях вторичный пар конденсируется на трубках конденсаторов испарителей, собирается в поддонах и поступает в коллектор дистиллята, откуда насосом подается потребителю.

Таким образом, представленные результаты показывают (табл.1), что в предлагаемой установке вся оборотная вода и вторичное тепло целиком используются для производственных и бытовых нужд, в том числе для питания генератора холодильной машины, для обессоливания речной воды и для упаривания стоков карбамида в аппаратах мгновенного вскипания. В результате обеспечивается дополнительный выход продукта и возврат очищенной сточной воды в производство. Дополнительное тепло можно использовать для отопления теплиц в зимнее время или других бытовых нужд. В известной установке вся отработанная вода после теплообменного оборудования подается на градирню, что сопровождается большими потерями тепла и воды.

Как следует из анализа табл.1, предложенная установка получения карбамида дает возможность:

1.Рационально использовать вторичные энергоресурсы оборотной воды.

Обработка стоков на аппаратах мгновенного вскипания дает возможность, за счет упарки сточных вод и отделения осадка, содержащего целевой продукт, дополнительно выделить 7,5 тыс.т карбамида в год и получить при этом 240000 м3/год обессоленной воды (что на известной установке теряется со стоками после градирни).

2.Избежать потерю воды, вто время как на известной установке потери составляют 130.0 м3/ч.

3, В предложенной установке процессы теплообмена в технологическом оборудовании осуществляются с помощью очищенного теплоносителя (глубокообессоленной, обескислороженной воды), что дает возможность избежать загрязнений поверхностей

охлаждения в теплообменниках. На известной установке градирни подпитываются водой из рек, что приводит к использованию охлаждающей воды, содержащей минеральные соли и другие загрязнения. В результате ухудшается состояние поверхностей теплообмена, нарушается температурный режим теплообмена и сокращается продолжительность устойчивой работы аппаратов.

Следовательно, тепловая энергия, безвозвратно теряемая в градирнях в известной установке - прототипе, может быть успешно использована в предложенной установке для деминерализации подпиточной

воды котлоагрегатов, упаривания минерализованных или засоленных стоков, опреснения морской воды или других производственных и бытовых нужд. Формула изобретения

Комбинированная нагревательная установка для использования вторичного низко- потенциального тепла производства карбамида, включающая параллельные линии нагретой оборотной воды с понижающимся теплосодержанием потоков, причем первая группа линий связана с теплообмен- ным оборудованием и компресссионной холодильной машиной, вторая группа линий - с испарительным агрегатом, отличаю ща я с я тем, что, с целью сокращения энергетических затрат и снижения водопотреб- ления, испарительный агрегат выполнен в виде узла мгновенного вскипания, в котором линии оборотной воды подключены к

нагревателю, испаритель соединен с линиями сточных вод производственного цикла, а концевая ступень узла посредством теплообменника-подогревателя подключена к воздушному холодильнику, и, кроме того,

узел мгновенного вскипания параллельно связан с генератором холодильной машины и со вспомогательным контуром потребителя тепла, а также установка дополнительно содержит третью, четвертую, и пятую группы линий оборотной воды, причем третья и четвертая группы связаны посредством теплообменников-подогревателей с вспомогательным контуром обессоливания речной воды, который также содержит узел мгновенного вскипания с нагревателем, подключенным к линиям оборотной воды, а пятая группа линий посредством теплообменников связана с испарителем абсорбционной машины или с контуром горячего водоснабжения технического или бытового назначения.

Показатели работы установки использования вторичного тепла в производстве карбамида

Использование: потребление вторичного низкопотенциального тепла производства карбамида на комбинированной установке, содержащей линии горячей оборотной воды. Сущность изобретения: установка содержит пять rpyrfrir линий нагретой оборотной воды с понижающимся теплосодержанием потоков. Первая группа линий связана с теплообменниками и компрессионной холодильной машиной, вторая -с испарительным агрегатом, которым служит узел мгновенного вскипания для испарения сточных вод произЁодственного цикла. Концевая ступень узла посредством теплообменника-подогревателя подключена к воздушному холодильнику. Узел мгновенного вскипания также параллельно связан с генератором холодильной машины и с контуром внешнего потребителя тепла. Кроме того третья и четвертая группа линий связаны посредством теплообменника-подогревателя с контуром обессоливания речной воды, также включающим узел мгновенного вскипания, а пятая группа линий связана с помощью теплообменников с испарителем абсорбционной холодил ьной машины или с контуром горячего водоснабжения. Установка позволяет сократить водопотребле- ние и энергетические затраты технологического процесса. 1 табл., 2 ил. сл ч| 00 ю СА)

Показатели установок

Производительность по оборотной воде, м /ч Расход воздуха на охлаждение, м3/ч Площадь теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения, м2

Площадь теплообмена дополнительных теплообменников, м

Количество утилизируемого тепла. мВт -ч (Гкал/ч) Количество возвращаемого продукта, т/год Количество обессоленной воды, возвращаемой в процесс на установках мгновенного вскипания, м3/ч Экономический эффект от реализации предлагаемой установки, тыс.руб/год Потребление воды, м3/ч

свежей

оборотной Сброс сточной воды. мэ/чu

Известная установка

Установка по изобретению

4 -105 13590

536,4

30,6 (35,5)

27 - 600

130,0

4200

24

4 5

фиг. 1