Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Июня 2014 в 20:31, курсовая работа
В настоящее время из всех известных способов получения карбамида промышленное значение получил процесс синтеза карбамида из аммиака и диоксида углерода по способу, разработанному в 1868 г. русским химиком А.И.Базаровым.
Стремительный рост мощностей привел к тому, что в середине 70-х гг. карбамид стал доминирующим видом среди твердых одинарных форм азотных удобрений. В связи с этим одной из характерных черт азотной промышленности в конце 70-х гг. явилось строительство аммиачно-карбамидных комплексов без каких-либо иных цехов переработки аммиака.
Раствор карбамида, освобожденный от аммиака и диоксида углерода, из сепаратора 19 через сборник 20 поступает через фильтрпресс 22 в выпарной аппарат 21. Отсюда плав передается в грануляционную башню 25. Гранулы выгружаются из нижней части башни и транспортером направляются на расфасовку и далее на склад.
Основное отличие схемы «Монтекатини» от других схем с жидкостным рециклом заключается в том, что весь избыточный аммиак конденсируется и совместно с карбаматом в виде водного раствора возвращается в колонну синтеза. Кроме того, для получения более концентрированного раствора аммонийных солей первая ступень конденсации проводится при давлении примерно 20 am.
Рисунок 3. Технологическая схема производства карбамида по способу «Монтекатини»:
1— компрессор; 2,3 — аммиачные насосы; 4, 6, 7, 17 — подогреватели; 5 — колонна синтеза; 8— напорный бак; 9, 16 — центробежные насосы; 10 — сборник; 11, 13, 19, 24 — сепараторы; 12— аппараты для отделения инертных газов; 14, 18 — конденсаторы; 15 — карбаматный насос; 20 — сборник раствора карбамида; 21 — выпарной аппарат; 22 — фильтрпресс; 23 — промежуточный сборник; 25 — грануляционная башня; 26— транспортер.
Схема фирмы «Тойе-Коацу» показана на рисунке 4. Диоксид углерода компрессором 1, жидкий аммиак насосом 4 и раствор карбамата аммония насосом 8 подаются под давлением 230—250 am в колонну синтеза 5. Синтез карбамида проводится при 230 am и 180—190 °С. Плав из колонны синтеза дросселируется до давления 17 am и поступает в обогреваемый сепаратор 6, в котором при 155—158 °С происходит почти полное разложение карбамата аммония и отгонка аммиака и диоксида углерода. Раствор карбамида из сепаратора 6 дросселируется в сепаратор 9 второй ступени, где под избыточным давлением 1,5—2 am при 135 °С полностью разлагается весь карбамат аммония и отгоняется аммиак и диоксид углерода.
Для окончательного отделения аммиака и диоксида углерода раствор карбамида направляется в газовый сепаратор 12, откуда через холодильник 13 поступает на вакуум-кристаллизацию в аппарат 16. Кристаллы отделяются от раствора на центрифуге 17, затем высушиваются и передаются на склад в качестве товарного продукта, а в случае необходимости получения гранулированного карбамида направляются в плавитель при башне 19. Пройдя фильтр, плав карбамида поступает в стационарные грануляторы башни 19. Гранулы собираются в ее нижней части, охлаждаются в кипящем слое и далее транспортируются па склад.
Маточный раствор из центрифуги возвращается в цикл синтеза через абсорберы 10 и 7.
В этих аппаратах раствор абсорбирует аммиак и диоксид углерода, которые выделились в сепараторах 9 и 6. Концентрированный раствор аммонийных солей из абсорбера 7 перекачивается в колонну синтеза 5. Аммиак, очищенный от СО2 в абсорбере 7, поступает в конденсатор 2, затем в сборник 3, откуда вместе со свежим жидким аммиаком подается насосом 4 в колонну синтеза. Таким образом осуществляется полный рецикл NH3 и СО2.
Рисунок 4. Технологическая схема производства карбамида по способу «Тойе-Коацу»:
1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — сборник аммиака; 4 — аммиачный насос; 5 — колонна синтеза; 6, 9, 12 — сепараторы; 7, 10 — абсорберы; 8, 11 — карбаматные насосы; 13 — холодильник; 14 — воздуходувка; 15 — центробежные насосы; 16 — вакуум-кристаллизатор; 17 — центрифуга; 18— сушилка ; 19 — грануляционная башня.
Схема фирмы «Стамикарбон». В отличие от схемы «Монтекатини», в которой весь аммиак возвращается в колонну синтеза в виде раствора аммонийных солей, и от схемы «Тойе-Коацу», где аммиак и диоксид углерода абсорбируются маточным раствором, содержащим до 40% карбамида, по схеме фирмы «Стамикарбон» (рис. 5) непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода возвращаются в колонну синтеза в виде водного раствора аммонийных солей, полученных при двухступенчатой дистилляции плава.
Для предотвращения коррозии компрессора 1 диоксид углерода подвергается предварительной осушке до влажности 1 г/м3. С этой же целью в диоксид углерода, подаваемый в колонну синтеза, а также в систему дистилляции добавляется кислород в таком количестве, чтобы в газовой смеси содержалось 0,5—0,7 объемн. % О2.
Осушенный диоксид углерода с примесью кислорода компрессором 1 подается в смеситель 8, в котором поддерживается такое же давление, как в колонне синтеза, т.е. 190—200 am. Жидкий аммиак, поступающий со склада, очищается на фильтре 2 от катализаторной пыли и частично от масла и затем подается в сборник 3, куда поступает также возвратный жидкий аммиак из водяного холодильника-конденсатора 4. Из сборника жидкий аммиак через подогреватель 6 подается в смеситель 8; сюда же перекачивается раствор аммонийных солей из промывной колонны 9.
Аппарат 8 предназначен для предварительного смешения аммиака и диоксида углерода; при температуре 175°С в смесителе начинается частичное образование карбамата аммония и карбамида. Смесь карбамата аммония, аммиака, воды и карбамида поступает из смесителя в колонну 7, где при 190—200 am и 180—190 °C происходит синтез карбамида.
Плав из колонны синтеза дросселируется до давления 17 —18 am и поступает в колонну ректификации 12, где при 158—163 °С отгоняется избыточный аммиак и разлагается карбамат аммония. Необходимое для этих процессов тепло подводится к раствору из выносного теплообменника 13.
Газовая фаза отделяется от жидкой фазы в сепараторе 14, проходит колонну 12 и, соединившись с газовой фазой, выделяющейся из этой колонны, поступает в промывную колонну 9. Здесь аммиак очищается от диоксида углерода и направляется в аппарат 11, где конденсируется, и затем стекает в сборник 3. Часть жидкого аммиака, полученного в конденсаторе 11, используется для отвода тепла абсорбции из промывной колонны. Для окончательной отмывки от аммиака инертные газы при отсутствии в них горючих примесей из аппарата 11 поступают в скруббер 17, орошаемый конденсатом. При этом в скруббере образуется аммиачная вода, направляемая на орошение колонны 9. При наличии горючих примесей инертные газы из конденсатора направляются, минуя скруббер 17, в цех аммиачной селитры пли утилизируются для других целей.
Раствор по выходе из сепаратора 14 дросселируется до давления 2—3 am и направляется в колонну 16 ректификации второй ступени. Подогрев раствора до 140—142°С производится в выносном подогревателе 18, отделение газовой фазы от жидкой происходит в сепараторе 19.
Через ректификационную колонну 16 газовая фаза поступает в конденсатор 21 второй ступени, где газы конденсируются и абсорбируются водой с образованием раствора аммонийных солей. Раствор через уравнительный сосуд 22 поступает во всасывающую линию карбаматного насоса 20, откуда подается в нижнюю часть промывной колонны 9. Концентрированный раствор аммонийных солей из промывной колонны перекачивается в смеситель 8.
Непоглощенные в конденсаторе 21 аммиак и диоксид углерода направляются в абсорбционно-десорбционную установку (аппараты 29—33). После поглощения и десорбции NH3 и СО2 возвращаются в конденсатор второй ступени.
Раствор карбамида из сепаратора 19 поступает в вакуум-испаритель 23, где концентрация CO(NH2)2 в растворе увеличивается до 74%; далее раствор направляется на кристаллизацию или на выпарку.
При выработке гранулированного карбамида раствор упаривается до концентрации 99,8% CO(NH2)2 в двухступенчатой вакуум-выпарной установке (аппараты 27, 28). Остаточное давление в первой ступени выпарки составляет 300—400 мм рт. ст., во второй ступени 40—15 мм рт. ст. Разрежение в выпарной системе создается паро-эжекционными вакуум-насосами. Плав карбамида из второго аппарата 28 перекачивается в верхнюю часть грануляционной башни. Гранулы выгружаются из башни специальным механизмом и системой транспортных устройств подаются на классификацию. При этом возможно получение двух фракций: кормового карбамида (гранулы размерами 0,2—1 мм) и карбамида для удобрения (гранулы размерами 1—2,4 мм).
Одним из достоинств способа 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 (менее 0,3%).
Рисунок 5. Технологическая схема производства карбамида по способу «Стамикарбон»:
1—компрессор; 2—фильтр; 3,24,32—сборники; 4,30—холодильники; 5,10,20,25 – насосы; 6,13,18 – подогреватели; 7 – колонна синтеза; 8 – смеситель; 9—промывная колонна; 11,21—конденсаторы; 12,16 – ректификационные колонны; 14,19,28 – сепараторы; 15 – буферная емкость; 17 – скруббер; 22 – уравнительный сосуд; 23 – вакуум-испаритель; 26 – напорный бак; 27 – выпарные аппараты; 29 – абсорбер; 31 – десорбер; 33 – теплообменник; к – конденсат; п – пар.
Усовершенствование процесса синтеза карбамида.
Фирмой «Стамикарбон» разработан отпарной процесс (стрипинг-процесс) производства карбамида. Синтез проводится при давлении 130—150 am, температуре 170—190°С и соотношении NH3: СО2 — 2,5 : 1. Разложение карбамата аммония происходит в отпарной колонне 2 при давлении, близком к давлению синтеза (рис. 6).
В нижнюю часть отпарной колонны подается диоксид углерода для продувки плава карбамида, при этом карбамат аммония разлагается на NH3 и СО2. Газовая фаза подается газодувкой 3 в конденсатор 4, где происходит конденсация аммиака и диоксида углерода с образованием карбамата аммония, плав которого насосом 5 возвращается в колонну синтеза 1. Тепло, выделяющееся при образовании карбамата аммония, используется для получения пара, который расходуется в выпарной установке.
Раствор карбамида, содержащий до 8% NH3 и 6% СО2, по выходе из отпарной колонны дросселируется до избыточного давления 2—5 am и передается во вторую ступень дистилляции, где окончательно освобождается от карбамата и аммиака. Газовая смесь (NH3, СО2, Н2О) улавливается и снова возвращается в цикл.
Аналогичный процесс разработала фирма СНАМ. По ее варианту в отпарную колонну вместо диоксида углерода подается аммиак.
Японская фирма «Тойе-Коацу» разработала способ рационального кооперирования производств карбамида и аммиака. По этому способу тепло конвертированного газа производства аммиака используется в узлах дистилляции производства карбамида для разложения карбамата аммония и отгонки аммиака диоксида углерода. Затем конвертируемый охлажденный газ сжимается до давления синтеза аммиака и подается в специальный скруббер-промыватель для поглощения диоксида углерода водным раствором аммиака или карбамата аммония. Для более полной абсорбции СО2 температуру верхней части скруббера поддерживают ниже 100 °C, а в нижней части – в интервале 130—180 °C.
Из скруббера высокого давления раствор карбамата аммония подается вместе со свежим жидким аммиаком в колонну синтеза карбамида, а очищенный конвертированный газ поступает на синтез аммиака.
Технологическая схема синтеза карбамида аналогична схеме с жидкостным рециклом за исключением того, что в схеме «Тойе-Коацу» отсутствует углекислотный компрессор, и раствор аммониевых солей предварительно подается в скруббер-промыватель, откуда вместе со свежим аммиаком самотеком направляется в колонну синтеза карбамида. Раствор карбамида после дистилляции поступает на выпарку и перерабатывается обычным способом.
Рисунок 6. Схема производства карбамида по стрипинг-процессу фирмы «Стамикарбон»:
1—колонна синтеза; 2—отпарная колонна; 3—газодувка; 4 – конденсатор; 5 — насос.
Рассмотрев и сопоставив различные методы производства карбамида с рециклом аммонийных солей в виде водных растворов или суспензий, можно отметить следующие тенденции в развитии этого наиболее распространенного процесса:
2.1.4 Газовый рецикл с извлечением одного компонента газа и раздельным возвратом NH3 и СО2 в процесс
Швейцарской фирмой «Инвента» был разработан промышленный процесс газового рецикла, основанный на избирательном поглощении аммиака водным раствором нитрита аммония и карбамида.
Фирмой «Хемико» (США) разработан и реализован в промышленном масштабе газовый рецикл, основанный на избирательном поглощении двуокиси углерода водным раствором моноэтаноламина. Ниже приведены расходные коэффициенты на 1 т карбамида, получаемого по методу фирмы «Хемико»:
Аммиак, т . . . . . . . . . 0,58 Пар, т . . . . . 3,8—40
Двуокись углерода, т . . . . 0,78 Вода, м3 . . . . . .170—200
Электроэнергия, квт·ч . . . 240
Перечисленные схемы газового рецикла уступают по технико-экономическим показателям схемам с жидкостным рециклом, поэтому газовый рецикл не получил большого распространения.