Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 25 )

51 — компрессор для сжатия двуокиси углерода; 52 — холодильник аммиака.

В процессе используется газообразная двуокись углерода, насыщенная водяными парами при 350С и жидкий аммиак. Чтобы компрессор не корродировал, углекислый газ должен быть предварительно осушен в двух периодического действия адсорберах, загруженных силикагелем или другим способом. Осушенная углекислота, содержащая н/б 1 г/м3 воды, направляется на пятиступенчатый компрессор, где происходит сжатие до 200 ат.

Свежий аммиак, поступающий из производства аммиака под давлением 16 ат, центробежными насосами сжимается до 18 –20 ат и через систему фильтров 2 поступает в промежуточный сборник 3, откуда насосами через подогреватели 6 подается в узел синтеза. Аммиак, поступающий в плунжерные насосы, во избежание вскипания должен иметь температуру на 10–150С ниже температуры насыщения при данном давлении, что обеспечивается с помощью холодильника, охлаждаемого водой, которая поступает из узла осушки СО2. В промежуточный сборник 3 также стекает возвратный аммиак, полученный в конденсаторах 1-ой ступени дистилляции 9, 10, 12 и далее он охлаждается в холодильнике 52. Подача углеаммонийных (УАС) солей в узел синтеза осуществляется насосами 50.

Узел синтеза состоит из смесителя 7 емкостью 60 л, снабженного тарелками для перемешивания потоков и колонны синтеза 8 объемом 31.5м3. Те части аппаратуры узла синтеза, которые соприкасаются с плавом при высоких температурах и давлениях, изготовлены из хромоникельмолибденовой стали. Защита этой стали от корродирующего воздействия плава осуществляется за счет добавки в него кислорода или воздуха. В смеситель поступают: двуокись углерода с температурой около 1000С, жидкий аммиак с температурой около 900С и раствор углеаамонийных солей с температурой около 950С, практическое соотношение NН3 : СО2 =4 –4.5. В смесителе 7 начинается образование карбамата аммония, вследствие чего температура в нем возрастает до 1750С. Смесь направляется в колонну синтеза, где при давлении около 200 ат и температуре до 1900С завершается образование карбамата аммония и его превращение в карбамид. При этом степень превращения карбамата аммония в карбамид (с учетом карбамата, находящегося в циркулирующем растворе) достигает 62 –65%.

Плав, содержащий 35–38% NН3, 10–12% СО2, 28–35% СО(NН2)2 и 19–23% воды, дросселируется до 18 ат и поступает в верхнюю часть ректификатора 4 узла дистилляции 1-ой ступени. При этом из плава выделяется часть аммиака, вследствие чего температура падает до 120–1250С. Для разложения карбамата аммония и отгонки аммиака и двуокиси углерода плав подогревается в теплообменнике 15 до 158–1620С и поступает в сепаратор 16. На 1-ой ступени дистилляции разлагается до 90% карбамата аммония и отгоняется из плава более 90% аммиака, который в смеси с двуокисью углерода и парами воды направляется в барботажный слой промывной колонны 20. В последнюю подается также раствор углеаммонийных солей из 2-ой ступени дистилляции. Здесь при 92–960С происходит конденсация водяных паров и поглощение основного количества двуокиси углерода с образованием раствора углеаммонийных солей, содержащего 38–45% NН3, 30–37% СО2, 22–27% Н2О. Этот раствор насосом 50 подается в смеситель узла синтеза. Аммиак окончательно отмывается от двуокиси углерода в насадочной части промывной колонны 20 при 45 –500С концентрированной аммиачной водой (93–96% аммиака), получаемой смешением жидкого аммиака со слабой аммиачной водой (25–40%) или конденсатом в смесителе, расположенном над распределительной тарелкой в верхней части колонны.

Очищенный аммиак конденсируется в конденсаторах 9, 10, 12 и собирается в промежуточный сборник 11; несконденсированные газы отмываются от аммиака в скруббере 13, орошаемом конденсатом сокового пара, дросселируются до атмосферного давления и через хвостовой скруббер 24 сбрасываются в атмосферу. Часть жидкого аммиака из сборника 11 направляется в промывную колонну для поддержания в ней заданного температурного режима.

Несмотря на тщательную отмывку, в парах аммиака содержится от 0.002 до 0.05% СО2 и 0.2–0.5% Н2О. Кроме того, в одном потоке с ними из колонны 20 уходят все инертные газы, присутствующие в исходной СО2. Наличие СО2 в газовой фазе приводит к образованию карбамата аммония, который практически не растворим в аммиаке. Вследствие этого трубки конденсаторов подвергаются эрозии и коррозии.

Раствор из сепаратора 16, содержащий 8–11% NН3, 1.5–2.5СО2, 55 –60% СО(NН2)2, 28–35% Н2О, дросселируется до 2.5–4ат в ректификаторе 17 узла дистилляции 2-ой ступени. При этом температура в верхней части последнего вследствие испарения аммиака и разложения карбомата аммония уменьшается до 1100С. Раствор подогревается в теплообменнике 19 до 140 0С и после сепаратора 18 вновь дросселируется до остаточного давления 300 мм рт ст в вакуум - испари

Газовая фаза из сепаратора 18 через ректификатор 17 поступает в барботер конденсатора–абсорбера 21, где поддерживается температура около 400С (охлаждение водой). Здесь поглощаются аммиак и двуокись углерода и конденсируются пары воды; дополнительное количество воды, необходимое для образования раствора определенного состава (40% NН3, 15%СО2, 45%Н2О), добавляется в виде сокового конденсата. Практически состав раствора, направляемого в промывную колонну, изменяется в следующих пределах: 33 -50% NН3, 10-16%СО2, 35 –55%Н2О.

Раствор, поступающий из сепаратора 18 в вакуум-испаритель 23, имеет следующий состав: 0.8 –2.0% NН3, 0.2 –0.5% СО2, 64 –72% СО(NН2)2, 26 –36% Н2О.

В аппарате 23 температура раствора за счет испарения части воды уменьшается до 950С, а содержание карбамида повышается до 74%. Далее раствор поступает в хранилище 48, откуда насосами 47 подается в напорный бак 28 двухступенчатой выпарной установки. В 1-ой ступени 29, 31 раствор упаривается до 93–95% при остаточном давлении 300 мм рт ст и температуре 1250С, а во 2-ой ступени 30, 32 при остаточном давлении 20 –50 мм рт ст и температуре около 1380С содержание карбамида увеличивается до 99.7–99.8%. Необходимое для выпаривания раствора разрежение обеспечивается системой конденсаторов и эжекторов 33-39. Конденсат сокового пара стекает в барометрический сборник 42 и далее в сборник циркуляционного раствора 46 узла абсорбции - десорбции.

В абсорбер 24 поступают как постоянные, так и эпизодические сбросы газов, содержащих аммиак. Орошение абсорбера осуществляется циркуляцией раствора насосами 45 через холодильник 25. Часть раствора, насыщенного аммиаком, непрерывно отводится насосами 44 на десорбцию через теплообменник 27. Температура в нижней части десорбера за счет подачи острого пара поддерживается в пределах 135 –1540С, давление 3-4 ат. Газовый поток из десорбера, содержащий аммиак (45–60%), двуокись углерода (5–10%) и водяные пары (35–45%), вместе с газом 2-ой ступени дистилляции поступает в абсорбер-конденсатор 21. Вода после десорбции через теплообменник 27 и холодильник 43 сбрасывается в канализацию.

Плав карбамида насосами 40 направляется через фильтр в центробежный гранулятор и разбрызгивается в башне 1 диаметром 16 и высотой 40 м (высота падения гранул 32.5 м). Охлаждение гранул осуществляется воздухом, который просасывается через башню четырьмя хвостовыми вентиляторами производительностью по 80000м3/ч. Гранулированный продукт с температурой 60–700С выгружается из башни скребком на транспортер 2 и поднимается элеваторами 3 на грохот 4, где некондиционные гранулы отсеиваются и подаются в растворитель 12, откуда через фильтры 11 возвращаются в сборник 48.

В зависимости от назначения может выпускаться продукт различного гранулометрического состава (фракция 1-2.5 мм или 0.2–1.0 мм), что достигается соответствующим подбором гранулятора. Основная фракция, пройдя пылеотделитель 6 и охладители 5, транспортером 18 ссыпается в распределительный бункер 15. Отсюда гранулы могут быть направлены транспортерами 17 и 16 на упаковку или на склад. При необходимости выпуска готового продукта в виде двух упомянутых выше фракций гранулы с соответствующими размерами, отсеянные от основного потока, по течке поступают в распределительный бункер 14 и далее на склад. Воздух, отсасываемый из пылеотделителя и охладителей, очищается от пыли в циклонах 8, после чего воздух из охладителей выбрасывается в атмосферу вентиляторами 9, а из пылеотделителей вентилятором 7 возвращается в систему. Пыль из циклонов отводится в раствори

Готовый продукт упаковывается в полиэтиленовые мешки, и погрузчиком загружается в вагоны. Одним из достоинств метода фирмы «Стамикарбон» является высокое качество гранул, которые практически не слеживаются даже при хранении навалом. Это объясняется тем, что перед гранулированием плав содержит 99.7 –99.8% карбамида. Гранулы, полученные из такого плава, обладают высокой механической прочностью вследствие небольшой влажности.

В мировой азотной промышленности по разомкнутой системе работают примерно лишь 1-3% установок, по полузамкнутой схеме 27 –29%, по схеме с полным рециклом до 70%. До 35% установок с полным рециклом, действующих в н. в. в капиталистических странах, работают по схеме фирмы «Монтекатини»; примерно 30% - по схеме фирмы «Стамикарбон»; на 15% установок применяется схема фирмы «Хемико», на 12% установок –фирмы «Тое-Куацу».

Различие в методах синтеза карбамида заключается только в том, какими способами производится рециркуляция не прореагировавших газов: жидкостной рецикл суспензии карбамата аммония в масле, разделение газов дистилляции, основанное на избирательной абсорбции (системы фирмы «Хемико»); жидкостной рецикл в виде водного раствора углеаммонийных солей (системы фирм «Стамикарбон», «Монтекатини», «Тое-Коацу»).

Технико-экономические показатели работы агрегатов синтеза карбамида при разных способах производства.

	Обычный жидкостный рецикл	«Отпарной» процесс «Стамикарбон»	термопроцесс «Хемико»	Жидкостный рецикл фирмы Тое-Коацу»
Мощность производства	180 тыс т/год в 2-х агрегатах	180 тыс т/год в 2-х агрегатах	540 тыс т/год в одном агрегате	360 тыс т/год в 2-х агрегатах
Статьи расхода
Аммиак, т	0.58	0.58	0.58	0.58
СО2	0.75	0.75	0.75	0.79
мешки	22	22	22	22
Электроэнергия, тыс квт*ч	0.158	0.15	0.25	0.202
Пар, Мкал	1.88	0.6		1.2
Вода (оборотная), тыс. м3	0.239	0.1		0.14
Конденсат, м3	1.85	0.6		1.35

Технико-экономические показатели систем синтеза карбамида