EA041944B1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING UREA - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING UREA Download PDFInfo
- Publication number
- EA041944B1 EA041944B1 EA202190379 EA041944B1 EA 041944 B1 EA041944 B1 EA 041944B1 EA 202190379 EA202190379 EA 202190379 EA 041944 B1 EA041944 B1 EA 041944B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- medium
- pressure steam
- low pressure
- pressure
- urea
- Prior art date
Links
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к способу и устройству для производства мочевины из аммиака и диоксида углерода.The invention relates to a method and apparatus for the production of urea from ammonia and carbon dioxide.
Уровень техникиState of the art
Способ производства мочевины обычно включает этап синтеза, этап разложения под высоким давлением и этап конденсации. На этапе синтеза мочевину получают из аммиака (NH3) и диоксида углерода (СО2). В частности, как показано в уравнении (1), в результате реакции между аммиаком (NH3) и диоксидом углерода (СО2) образуется карбамат аммония (NH2COONH4). Кроме того, как показано в уравнении (2), в результате реакции дегидратации карбамата аммония образуются мочевина (NH2CONH2) и вода (Н2О).The method for producing urea generally includes a synthesis step, a high pressure decomposition step, and a condensation step. In the synthesis step, urea is produced from ammonia (NH3) and carbon dioxide (CO2). In particular, as shown in equation (1), the reaction between ammonia (NH3) and carbon dioxide (CO2) produces ammonium carbamate (NH2COONH 4 ). In addition, as shown in equation (2), the dehydration reaction of ammonium carbamate produces urea (NH2CONH2) and water (H2O).
2NH3+CO2 NH2COONH4 (1)2NH 3 + CO 2 NH 2 COONH 4 (1)
NH2COONH4 NH2CONH2+H2O (2)NH 2 COONH 4 NH 2 CONH 2 + H 2 O (2)
Обе реакции являются равновесными, и реакция, протекающая по уравнению (2), является определяющей общую скорость, поскольку она медленнее, чем реакция по формуле (1).Both reactions are in equilibrium, and the reaction proceeding according to the equation (2) determines the overall rate, since it is slower than the reaction according to the formula (1).
На этапе разложения под высоким давлением раствор для синтеза мочевины, полученный на этапе синтеза, нагревают для разложения карбамата аммония, содержащегося в растворе для синтеза мочевины, на аммиак и диоксид углерода. Таким образом, получают газовую смесь, содержащую аммиак и диоксид углерода, и раствор для синтеза мочевины, имеющий более высокую концентрацию мочевины. На этапе конденсации газовую смесь, полученную на этапе разложения под высоким давлением, конденсируют. На этапе разложения под высоким давлением в качестве источника тепла используют пар среднего давления.In the high pressure decomposition step, the urea synthesis solution obtained in the synthesis step is heated to decompose the ammonium carbamate contained in the urea synthesis solution into ammonia and carbon dioxide. Thus, a gas mixture containing ammonia and carbon dioxide and a urea synthesis solution having a higher concentration of urea are obtained. In the condensation step, the gas mixture obtained in the high pressure decomposition step is condensed. The high pressure decomposition step uses medium pressure steam as the heat source.
Что касается такого способа производства мочевины, в патентном документе 1 указано, что в теплообменнике сырьевой аммиак нагревают конденсатом пара до 175°С. В патентных документах 2 и 3 раскрыты способы, в которых конденсат пара среднего давления, генерируемый из пара среднего давления, который использовали для нагрева на этапе разложения под высоким давлением, используется в качестве источника тепла на этапе разложения под высоким давлением. На этапе разложения под высоким давлением карбамат аммония, содержащийся в растворе для синтеза мочевины, полученном на этапе разложения под высоким давлением, разлагается при более низком давлении по сравнению с давлением на этапе разложения под высоким давлением.With respect to such a urea production method, Patent Document 1 states that, in a heat exchanger, raw ammonia is heated by steam condensate to 175°C. Patent Documents 2 and 3 disclose methods in which medium pressure steam condensate generated from medium pressure steam used for heating in the high pressure decomposition step is used as a heat source in the high pressure decomposition step. In the high pressure decomposition step, the ammonium carbamate contained in the urea synthesis solution obtained in the high pressure decomposition step is decomposed at a lower pressure than that in the high pressure decomposition step.
В патентном документе 4 указано, что в отпарной колонне, используемой на этапе разложения под высоким давлением, пар среднего давления используется для нагрева верхней части отпарной колонны, а пар, полученный путем повышения давления пара низкого давления с помощью эжектора, в котором в качестве рабочей текучей среды используют пар среднего давления, используется для нагрева нижней части отпарной колонны.Patent Document 4 states that in the stripping column used in the high-pressure decomposition step, medium-pressure steam is used to heat the upper part of the stripping column, and the steam obtained by pressurizing the low-pressure steam with an ejector, in which the working fluid is media use medium pressure steam, used to heat the bottom of the stripping column.
Список литературыBibliography
Патентные документы.Patent Documents.
Патентный документ 1: JP H10-182587A..Patent document 1: JP H10-182587A..
Патентный документ 2: GB 1542371А.Patent Document 2: GB 1542371A.
Патентный документ 3: WO 03/064379 А1.Patent document 3: WO 03/064379 A1.
Патентный документ 4: JP S61-10547A.Patent Document 4: JP S61-10547A.
Сущность изобретения Техническая проблемаSummary of the Invention Technical Problem
Из патентного документа 1 понятно, что конденсат пара, используемый для нагрева сырьевого аммиака, представляет собой конденсат пара среднего давления, генерируемый из пара среднего давления на этапе разложения под высоким давлением. Следовательно, в этом документе предлагается способ, в котором конденсат пара среднего давления используется для предварительного нагрева сырьевого аммиака. Как описано ранее, в патентных документах 2 и 3 раскрыты способы, в которых конденсат пара среднего давления используют в качестве источника тепла на этапе разложения под средним давлением.It is understood from Patent Document 1 that the steam condensate used for heating raw ammonia is medium pressure steam condensate generated from medium pressure steam in the high pressure decomposition step. Therefore, this document proposes a process in which medium pressure steam condensate is used to preheat feed ammonia. As previously described, Patent Documents 2 and 3 disclose methods in which medium pressure steam condensate is used as a heat source in the medium pressure decomposition step.
Однако в случае использования конденсата пара для нагрева другой текучей среды общий коэффициент теплопередачи снижается по сравнению со случаем использования пара. Кроме того, поскольку давление конденсата пара среднего давления является высоким, расчетное давление для оборудования и трубопроводов, предназначенных для нагрева указанной другой текучей среды посредством конденсата пара среднего давления, становится высоким.However, when steam condensate is used to heat another fluid, the overall heat transfer coefficient is reduced compared to when steam is used. In addition, since the pressure of the medium pressure steam condensate is high, the design pressure for the equipment and pipelines for heating said other fluid by means of the medium pressure steam condensate becomes high.
Целью настоящего изобретения является разработка способа и устройства для производства мочевины, в которых предварительный нагрев сырьевого аммиака или нагрев на этапе разложения под средним давлением, можно выполнять при относительно низком давлении без снижения общего коэффициента теплопередачи.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing urea in which the preheating of raw ammonia or heating in the medium pressure decomposition step can be performed at a relatively low pressure without reducing the overall heat transfer coefficient.
Решение проблемыSolution
В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу производства мочевины, включающему этап синтеза мочевины из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза моче- 1 041944 вины;In one aspect, the present invention relates to a method for the production of urea, including the step of synthesizing urea from ammonia and carbon dioxide to obtain a solution for the synthesis of urea;
этап разложения под высоким давлением карбамата аммония путем нагрева раствора для синтеза мочевины, полученного на этапе синтеза с использованием в качестве источника тепла пара среднего давления, отделения газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, от раствора для синтеза мочевины и получения конденсата пара среднего давления, причем пар среднего давления имеет давление в диапазоне от 12 до 40 бар;a high-pressure decomposition step of ammonium carbamate by heating the urea synthesis solution obtained in the synthesis step using medium-pressure steam as a heat source, separating the gas mixture containing ammonia and carbon dioxide from the urea synthesis solution, and obtaining medium-pressure steam condensate, moreover, the medium pressure steam has a pressure in the range from 12 to 40 bar;
этап конденсации, состоящий в абсорбции и конденсации по меньшей мере части газовой смеси, полученной на этапе разложения под высоким давлением, в абсорбирующей среде и генерации пара низкого давления с использованием тепла, генерируемого во время конденсации;a condensation step of absorbing and condensing at least a portion of the gas mixture obtained in the high pressure decomposition step in an absorbing medium and generating low pressure steam using the heat generated during condensation;
первый этап генерации пара среднего низкого давления, заключающийся в генерации пара среднего низкого давления и конденсата пара среднего низкого давления путем снижения давления конденсата пара среднего давления, полученного на этапе разложения под высоким давлением, до среднего низкого давления, которое ниже давления пара среднего давления и выше давления пара низкого давления; и один или оба из этапа разложения под средним давлением и этапа предварительного нагрева аммиака, причем на этапе разложения под средним давлением происходит разложение карбамата аммония за счет нагрева раствора для синтеза мочевины, полученного на этапе разложения под высоким давлением, при давлении более низком, чем давление на этапе разложения под высоким давлением, с использованием в качестве источника тепла по меньшей мере части пара среднего низкого давления, генерируемого на первом этапе генерации пара среднего низкого давления, и газовую смесь, содержащую аммиак и диоксид углерода, отделяют от раствора для синтеза мочевины, причем рабочее давление на этапе разложения под средним давлением находится в диапазоне от 3 до 130 бар; и на этапе предварительного нагрева аммиака аммиак, подаваемый на этап синтеза, нагревают с использованием в качестве источника тепла по меньшей мере части пара среднего низкого давления, генерируемого на первом этапе генерации пара среднего низкого давления.the first stage of medium low pressure steam generation, which consists in generating medium low pressure steam and medium low pressure steam condensate by reducing the pressure of the medium pressure steam condensate obtained in the high pressure decomposition stage to medium low pressure, which is lower than the medium pressure steam pressure and higher low pressure steam pressure; and one or both of a medium pressure decomposition step and an ammonia preheating step, wherein the medium pressure decomposition step decomposes the ammonium carbamate by heating the urea synthesis solution obtained from the high pressure decomposition step at a pressure lower than the pressure in the high-pressure decomposition step, using as a heat source at least a portion of the medium-low pressure steam generated in the first medium-low pressure steam generation step, and a gas mixture containing ammonia and carbon dioxide, is separated from the urea synthesis solution, wherein the operating pressure in the medium pressure decomposition stage is in the range from 3 to 130 bar; and in the ammonia preheating step, the ammonia supplied to the synthesis step is heated using at least a portion of the medium low pressure steam generated in the first medium low pressure steam generation step as a heat source.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству для производства мочевины, включающему реактор синтеза, выполненный с возможностью синтеза мочевины из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза мочевины;In another aspect, the present invention relates to a device for the production of urea, comprising a synthesis reactor configured to synthesize urea from ammonia and carbon dioxide to obtain a solution for the synthesis of urea;
устройство для разложения под высоким давлением, выполненное с возможностью разложения карбамата аммония путем нагрева раствора для синтеза мочевины, генерируемого в реакторе синтеза с использованием в качестве источника тепла пара среднего давления, отделения газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, от раствора для синтеза мочевины и получения конденсата пара среднего давления, причем пар среднего давления имеет давление в диапазоне от 12 до 40 бар;a high pressure decomposition device configured to decompose ammonium carbamate by heating the urea synthesis solution generated in the synthesis reactor using medium pressure steam as a heat source, separating the gas mixture containing ammonia and carbon dioxide from the urea synthesis solution, and obtaining a medium pressure steam condensate, the medium pressure steam having a pressure in the range of 12 to 40 bar;
конденсатор, выполненный с возможностью абсорбции и конденсации по меньшей мере части газовой смеси, полученной в устройстве для разложения под высоким давлением в абсорбирующей среде, и генерации пара низкого давления с использованием тепла, генерируемого во время конденсации;a condenser configured to absorb and condense at least a portion of the gas mixture obtained in the high-pressure decomposition device in the absorption medium and generate low-pressure steam using the heat generated during the condensation;
первый парогенератор среднего низкого давления, выполненный с возможностью генерации пара среднего низкого давления и конденсата пара среднего низкого давления путем снижения давления конденсата пара среднего давления, полученного в устройстве для разложения под высоким давлением, до среднего низкого давления, которое ниже давления пара среднего давления и выше давления пара низкого давления; и одно или оба устройства из устройства для разложения под средним давлением и устройства для предварительного нагрева аммиака, причем устройство для разложения под средним давлением выполнено с возможностью разложения карбамата аммония путем нагрева раствора для синтеза мочевины, полученного в устройстве для разложения под высоким давлением, при давлении ниже, чем давление в устройстве для разложения под высоким давлением, с использованием в качестве источника тепла по меньшей мере части пара среднего низкого давления, генерируемого первым парогенератором среднего низкого давления, и отделения газовой смеси, содержащей аммиак и диоксид углерода, от раствора для синтеза мочевины, причем рабочее давление в устройстве для разложения под средним давлением находится в диапазоне от 3 до 130 бар; и устройство для предварительного нагрева аммиака выполнено с возможностью нагрева аммиака, подаваемого в реактор синтеза, с использованием в качестве источника тепла по меньшей мере части пара среднего низкого давления, генерируемого в первом парогенераторе среднего низкого давления.first medium low pressure steam generator configured to generate medium low pressure steam and medium low pressure steam condensate by reducing the pressure of the medium pressure steam condensate produced in the high pressure decomposition apparatus to medium low pressure which is lower than the medium pressure steam pressure and higher low pressure steam pressure; and one or both of the medium pressure decomposition apparatus and the ammonia preheating apparatus, the medium pressure decomposition apparatus being configured to decompose the ammonium carbamate by heating the urea synthesis solution obtained in the high pressure decomposition apparatus at a pressure lower than the pressure in the high-pressure decomposition apparatus, using at least a portion of the medium-low pressure steam generated by the first medium-low pressure steam generator as a heat source, and separating the gas mixture containing ammonia and carbon dioxide from the urea synthesis solution , and the operating pressure in the device for decomposition under medium pressure is in the range from 3 to 130 bar; and the ammonia preheater is configured to heat the ammonia fed to the synthesis reactor using at least a portion of the medium low pressure steam generated in the first medium low pressure steam generator as a heat source.
Благоприятные эффекты изобретенияBeneficial Effects of the Invention
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для производства мочевины, в которых предварительное нагревание сырьевого аммиака или нагревание на этапе разложения под средним давлением могут выполняться при относительно низком давлении без снижения общего коэффициента теплопередачи.The present invention relates to a method and apparatus for the production of urea, in which the preheating of raw ammonia or heating in the medium pressure decomposition step can be performed at a relatively low pressure without reducing the overall heat transfer coefficient.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 представлена схематическая диаграмма для иллюстрации примера производства и использования пара среднего низкого давления; и на фиг. 2 представлена блок-схема способа, схематически показывающая пример установки дляIn FIG. 1 is a schematic diagram to illustrate an example of the production and use of medium low pressure steam; and in FIG. 2 is a flowchart showing schematically an installation example for
- 2 041944 производства мочевины.- 2 041944 production of urea.
Описание вариантов осуществленияDescription of Embodiments
Способ производства мочевины по настоящему изобретению включает этап синтеза, этап разложения под высоким давлением, этап конденсации и первый этап генерации пара среднего низкого давления. Способ производства мочевины также включает один или оба этапа из этапа разложения под средним давлением и этапа предварительного нагрева аммиака и, в частности, включает этап разложения под средним давлением.The urea production method of the present invention includes a synthesis step, a high pressure decomposition step, a condensation step, and a first medium low pressure steam generation step. The urea production process also includes one or both of a medium pressure decomposition step and an ammonia preheating step, and specifically includes a medium pressure decomposition step.
[Этап синтеза][Synthesis stage]
На этапе синтеза синтезируют мочевину из аммиака и диоксида углерода с получением раствора для синтеза мочевины. На этапе синтеза мочевину также синтезируют из карбамата аммония, содержащегося в рециркулируемой жидкости из этапа конденсации, который описан ниже.In the synthesis step, urea is synthesized from ammonia and carbon dioxide to form a urea synthesis solution. In the synthesis step, urea is also synthesized from the ammonium carbamate contained in the recycle liquid from the condensation step, which is described below.
Рабочее давление на этапе синтеза обычно составляет от 130 бар (абсолютное давление, которое также применимо к приведенному ниже описанию) до 250 бар, предпочтительно от 140 до 200 бар. Рабочая температура на этапе синтеза обычно составляет от 160 до 200°С, предпочтительно от 170 до 190°С.The operating pressure in the synthesis step is typically between 130 bar (absolute pressure, which also applies to the description below) to 250 bar, preferably 140 to 200 bar. The operating temperature in the synthesis step is usually 160 to 200°C, preferably 170 to 190°C.
[Этап разложения под высоким давлением][High pressure decomposition stage]
На этапе разложения под высоким давлением раствор для синтеза мочевины, полученный на этапе синтеза, нагревают с использованием в качестве источника тепла пара среднего давления. Таким образом, карбамат аммония, содержащийся в растворе для синтеза мочевины, полученном на этапе синтеза, разлагается, и газовую смесь, содержащую аммиак и диоксид углерода, отделяют от раствора для синтеза мочевины. Газовая смесь, полученная на этапе разложения под высоким давлением, далее может называться газ, выходящий после разложения под высоким давлением. Путем конденсации пара среднего давления, используемого в качестве источника тепла, образуется конденсат пара среднего давления.In the high pressure decomposition step, the urea synthesis solution obtained in the synthesis step is heated using medium pressure steam as a heat source. Thus, the ammonium carbamate contained in the urea synthesis solution obtained in the synthesis step is decomposed, and the gas mixture containing ammonia and carbon dioxide is separated from the urea synthesis solution. The gas mixture obtained from the high pressure decomposition step may hereinafter be referred to as the gas exiting after the high pressure decomposition. By condensing medium pressure steam used as a heat source, medium pressure steam condensate is formed.
Для нагрева на этапе разложения под высоким давлением требуется высокотемпературный теплоноситель. Пар низкого давления, рекуперированный на этапе конденсации, который описан ниже, не имеет достаточно высокой температуры для нагрева. Следовательно, для нагрева используется пар среднего давления, имеющий давление выше, чем давление пара низкого давления.High-temperature heat transfer fluid is required for heating during the high-pressure decomposition step. The low pressure steam recovered from the condensation step described below does not have a high enough temperature to be heated. Therefore, medium pressure steam having a pressure higher than the pressure of low pressure steam is used for heating.
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 на установке по производству мочевины. В качестве альтернативы пар среднего давления может подаваться извне установки для производства мочевины.The medium pressure steam pressure is usually 12 to 40 bar, preferably 14 to 25 bar. The medium pressure steam is often expediently generated as backpressure steam from a steam turbine in a urea plant. Alternatively, medium pressure steam can be supplied from outside the urea plant.
Рабочая температура на этапе разложения под высоким давлением обычно составляет от 150 до 220°С, предпочтительно от 160 до 200°С.The operating temperature in the high pressure decomposition step is typically 150 to 220°C, preferably 160 to 200°C.
В частности, раствор для синтеза мочевины, полученный на этапе синтеза, в основном состоит из мочевины, непрореагировавшего аммиака, непрореагировавшего диоксида углерода, непрореагировавшего карбамата аммония и воды. Раствор для синтеза мочевины обычно нагревают под давлением, по существу, равным давлению на этапе синтеза. Как следствие, происходит отделение непрореагировавшего аммиака, непрореагировавшего диоксида углерода, непрореагировавшего карбамата аммония и воды в виде газовой смеси, в основном состоящей из аммиака, диоксида углерода и воды (пара).In particular, the urea synthesis solution obtained in the synthesis step is mainly composed of urea, unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate and water. The urea synthesis solution is usually heated at a pressure substantially equal to the pressure during the synthesis step. As a consequence, there is a separation of unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate and water in the form of a gas mixture, mainly consisting of ammonia, carbon dioxide and water (steam).
На этапе разложения под высоким давлением можно использовать метод разложения, при котором выполняется только нагревание. Однако для ускорения разложения можно использовать способ отгонки, в котором, помимо нагревания, подают газообразный диоксид углерода, который приводят в контакт с раствором для синтеза мочевины.In the high pressure decomposition step, a decomposition method in which only heating is performed can be used. However, to accelerate the decomposition, a stripping method can be used in which, in addition to heating, carbon dioxide gas is supplied and brought into contact with a urea synthesis solution.
[Этап конденсации][Condensation stage]
На этапе конденсации по меньшей мере часть газовой смеси (газа, выходящего после разложения под высоким давлением), полученной на этапе разложения под высоким давлением, абсорбируется и конденсируется в абсорбирующей среде. За счет тепла, выделяемого при конденсации, образуется пар низкого давления. Газовая смесь и абсорбирующая среда на этапе конденсации могут упоминаться как внутренняя текучая среда конденсатора.In the condensation step, at least a portion of the gas mixture (gas exiting after high pressure decomposition) obtained in the high pressure decomposition step is absorbed and condensed in an absorbing medium. Due to the heat released during condensation, low-pressure steam is formed. The gas mixture and absorption medium in the condensation step may be referred to as the internal fluid of the condenser.
Давление пара низкого давления обычно составляет от 3 до 9 бар, более предпочтительно от 5 до 7 бар. Пар низкого давления может быть получен путем испарения соответствующей воды, например конденсата пара низкого давления.The low pressure steam pressure is typically 3 to 9 bar, more preferably 5 to 7 bar. Low pressure steam can be obtained by evaporating suitable water, such as low pressure steam condensate.
В качестве абсорбирующей среды может быть использована соответствующим образом абсорбирующая среда, широко известная в области применения способа производства мочевины, такая как вода (которая может содержать мочевину, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония).As the absorbent medium, an absorbent medium commonly known in the field of application of the urea production process, such as water (which may contain urea, ammonia, carbon dioxide, and ammonium carbamate), can be suitably used.
Температура жидкости (технологической текучей среды), полученной на этапе конденсации, обычно составляет от 100 до 210°С, предпочтительно от 160 до 190°С. Поскольку процесс под высоким давлением (включая этап синтеза, этап разложения под высоким давлением и этап конденсации) при производстве мочевины не имеет ничего, что приводило бы к снижению давления, кроме потери давления, этап синтеза, этап разложения под высоким давлением и этап конденсации осуществляются практически при одном и том же давлении. Следует отметить, что нагнетание давления эжектором выполняют для рециркуляции, которая описана ниже.The temperature of the liquid (process fluid) obtained in the condensation step is usually 100 to 210°C, preferably 160 to 190°C. Because the high pressure process (including the synthesis step, the high pressure decomposition step, and the condensation step) in the production of urea has nothing to reduce pressure other than pressure loss, the synthesis step, the high pressure decomposition step, and the condensation step are practically at the same pressure. It should be noted that pressurization by the ejector is performed for recirculation, which is described below.
- 3 041944- 3 041944
В частности, газовую смесь (газ, выходящий после разложения под высоким давлением), отделенная на этапе разложения под высоким давлением, подают на этап конденсации, где газовая смесь вступает в контакт с содержащей воду абсорбирующей средой в условиях охлаждения, и газовая смесь конденсируется. Во время конденсации часть аммиака и часть диоксида углерода превращаются в карбамат аммония (см. формулу (1)), и реакция синтеза мочевины (см. формулу (2)) также протекает при поддержании высокой температуры конденсации.Specifically, the gas mixture (gas exiting after high-pressure decomposition) separated in the high-pressure decomposition step is supplied to a condensation step, where the gas mixture comes into contact with a water-containing absorption medium under cooling conditions, and the gas mixture is condensed. During the condensation, part of the ammonia and part of the carbon dioxide are converted into ammonium carbamate (see formula (1)), and the urea synthesis reaction (see formula (2)) also proceeds while maintaining a high condensation temperature.
Когда газовая смесь конденсируется на этапе конденсации, выделяется большое количество тепла при высокой температуре. Для эффективного использования выделяемого тепла его рекуперируют. В качестве способа рекуперации тепла используют способ, при котором происходит теплообмен между раствором для синтеза мочевины, который был получен на этапе разложения под высоким давлением (жидкостью, содержащей непрореагировавший аммиак, непрореагировавший диоксид углерода, непрореагировавший карбамат аммония и воду, которые не были разделены), и внутренней текучей среды конденсатора. В качестве альтернативы существует способ теплообмена между внутренней текучей средой конденсатора и горячей водой (вода часто используется под давлением) для получения горячей воды, температура которой была увеличена. Однако во многих случаях используется способ теплообмена между внутренней текучей средой конденсатора и конденсатом пара (в частности, конденсатом пара низкого давления) с получением пара низкого давления. Этот способ можно использовать в комбинации по меньшей мере с одним из двух описанных выше способов.When the gas mixture is condensed in the condensation step, a large amount of heat is released at high temperature. To efficiently use the generated heat, it is recuperated. As the heat recovery method, a method is used in which heat is exchanged between the urea synthesis solution that was obtained in the high-pressure decomposition step (liquid containing unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate, and water that have not been separated), and the internal fluid of the condenser. Alternatively, there is a method for exchanging heat between the internal condenser fluid and hot water (water is often used under pressure) to produce hot water that has been raised in temperature. However, in many cases, a heat exchange method is used between the internal condenser fluid and steam condensate (particularly low pressure steam condensate) to produce low pressure steam. This method can be used in combination with at least one of the two methods described above.
Для теплообмена между внутренней текучей средой конденсатора и конденсатом пара можно использовать вертикальный или горизонтальный кожухотрубный теплообменник. Хотя газовая смесь может конденсироваться на стороне трубы, газовая смесь может конденсироваться на стороне кожуха, таким образом время пребывания на этапе конденсации может быть продолжительным для осуществления конденсации и реакции.A vertical or horizontal shell and tube heat exchanger can be used to exchange heat between the internal condenser fluid and the steam condensate. Although the gas mixture may be condensed on the pipe side, the gas mixture may be condensed on the case side, so the residence time in the condensing step may be long to carry out condensation and reaction.
Газ, который не конденсировался на этапе конденсации, может быть рекуперирован в виде рекуперированной жидкости во время абсорбции и конденсации газа в абсорбирующей среде, при этом абсорбирующая среда одновременно охлаждается. Путем возврата рекуперированной жидкости в процесс под высоким давлением (включая этап синтеза, этап разложения под высоким давлением и этап конденсации), как правило на этап конденсации, можно выделить непрореагировавший аммиак и непрореагировавший диоксид углерода. В качестве абсорбирующей среды может быть использована подходящим образом абсорбирующая среда, широко известная в области применения способа производства мочевины, такая как вода (которая может содержать мочевину, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония).The gas that was not condensed during the condensation step can be recovered as recovered liquid during absorption and condensation of the gas in the absorption medium, while the absorption medium is simultaneously cooled. By returning the recovered liquid to the high pressure process (including the synthesis step, the high pressure decomposition step and the condensation step), typically to the condensation step, unreacted ammonia and unreacted carbon dioxide can be recovered. As the absorbent medium, an absorbent medium commonly known in the field of application of the urea production process, such as water (which may contain urea, ammonia, carbon dioxide, and ammonium carbamate), can be suitably used.
[Рециркуляция][Recycling]
Можно использовать структуру, в которой конденсированная жидкость, полученная на этапе конденсации, снова направляется на этап синтеза для рециркуляции непрореагировавшего аммиака и непрореагировавшего диоксида углерода. В качестве способа рециркуляции конденсированной жидкости, полученной на этапе конденсации, используют способ, в котором реактор синтеза (для выполнения этапа синтеза) расположен ниже, а конденсатор (для выполнения этапа конденсации) расположен над реактором синтеза, так, чтобы обеспечить рециркуляцию конденсированной жидкости под действием силы тяжести. В качестве другого способа рециркуляции используют способ, в котором при использовании аммиака, подаваемого в реактор синтеза в качестве рабочей текучей среды, с помощью эжектора увеличивают давление конденсированной жидкости, полученной на этапе конденсации для осуществления рециркуляции конденсированной жидкости. Способ рециркуляции под действием силы тяжести и способ рециркуляции с использованием эжектора можно использовать в комбинации.It is possible to use a structure in which the condensed liquid obtained from the condensation step is sent back to the synthesis step to recycle unreacted ammonia and unreacted carbon dioxide. As a method for recycling the condensed liquid obtained in the condensation step, a method is used in which the synthesis reactor (for performing the synthesis step) is located below, and the condenser (for performing the condensation step) is located above the synthesis reactor, so as to recirculate the condensed liquid under the action of gravity. As another recycling method, a method is used in which, while using ammonia supplied to the synthesis reactor as a working fluid, the pressure of the condensed liquid obtained from the condensation step is increased by means of an ejector to recycle the condensed liquid. The gravity recirculation method and the ejector recirculation method can be used in combination.
[Первый этап генерации пара среднего низкого давления][First Stage Medium Low Pressure Steam Generation]
На первом этапе генерации пара среднего давления давление конденсата пара среднего давления, полученного на этапе разложения под высоким давлением, снижают до среднего низкого давления для получения пара среднего низкого давления и конденсата пара среднего низкого давления. Среднеенизкое давление означает давление ниже, чем давление пара среднего давления, но выше, чем давление пара низкого давления. Для понижения давления может быть использован соответствующим образом клапан понижения давления, а газожидкостный сепаратор может использоваться для разделения образующегося пара среднего низкого давления и конденсата пара среднего низкого давления.In the first medium pressure steam generation step, the medium pressure steam condensate obtained from the high pressure decomposition step is reduced to medium low pressure to obtain medium low pressure steam and medium low pressure steam condensate. Medium low pressure means a pressure lower than the medium pressure steam pressure but higher than the low pressure steam pressure. A pressure reducing valve can be used appropriately to reduce the pressure, and a gas/liquid separator can be used to separate the resulting medium low pressure steam and the medium low pressure steam condensate.
Давление пара среднего низкого давления составляет, например, от 7 до 18 бар, предпочтительно от 8 до 12 бар.The medium low pressure steam pressure is, for example, 7 to 18 bar, preferably 8 to 12 bar.
[Этап разложения под средним давлением][Medium Pressure Decomposition Stage]
На этапе разложения под средним давлением с использованием в качестве источника тепла по меньшей мере части пара среднего низкого давления, генерируемого на первом этапе генерации пара среднего низкого давления, раствор для синтеза мочевины, который получен на этапе разложения под высоким давлением, нагревают под давлением ниже, чем давление на этапе разложения под высоким давлением. Таким образом, происходит разложение карбамата аммония, содержащегося в растворе для синтеза мочевины, который получен на этапе разложения под высоким давлением. На этапе разложения под средним давлением получают газовую смесь, содержащую аммиак и диоксид углерода (эта газовая смесь в дальнейшем может упоминаться как газ, выходящий после разложения под средним давлени- 4 041944 ем) и раствор для синтеза мочевины, имеющий дополнительно пониженную концентрацию карбамата аммония.In the medium pressure decomposition step using at least a portion of the medium low pressure steam generated in the first medium low pressure steam generation step as a heat source, the urea synthesis solution which is obtained in the high pressure decomposition step is heated at a pressure below than the pressure in the high pressure decomposition step. Thus, the decomposition of the ammonium carbamate contained in the urea synthesis solution obtained in the high pressure decomposition step takes place. The medium pressure decomposition step produces a gas mixture containing ammonia and carbon dioxide (this gas mixture may hereinafter be referred to as the medium pressure decomposition gas) and a urea synthesis solution having an additional reduced concentration of ammonium carbamate.
В частности, раствор для синтеза мочевины, который получен на этапе разложения под высоким давлением (жидкость, содержащая непрореагировавший аммиак, непрореагировавший диоксид углерода, непрореагировавший карбамат аммония и воду, которые не были разделены), подвергают обработке путем снижения давления и нагревания. Таким образом, происходит отделение непрореагировавшего аммиака, непрореагировавшего диоксида углерода, непрореагировавшего карбамата аммония и воды в виде газовой смеси, состоящей в основном из аммиака, диоксида углерода и воды (пара).Specifically, the urea synthesis solution which is obtained in the high-pressure decomposition step (liquid containing unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate, and water that have not been separated) is treated by pressure reduction and heating. Thus, unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate and water are separated in the form of a gas mixture consisting mainly of ammonia, carbon dioxide and water (steam).
Газ, выходящий после разложения под средним давлением, может быть рекуперирован в виде рекуперированной жидкости во время абсорбции и конденсации газа в абсорбирующей среде, при этом абсорбирующая среда одновременно охлаждается. В этом контексте, если обработку путем снижения давления и нагревания выполняют на нескольких этапах, как описано ниже, вышеупомянутый газ, выходящий после разложения под средним давлением означает газовую смесь, содержащую аммиак и диоксид углерода, которую получают на каждом этапе. Путем возврата рекуперированной жидкости в процесс под высоким давлением, обычно на этап конденсации, можно извлечь непрореагировавший аммиак и непрореагировавший диоксид углерода. В качестве абсорбирующей среды может быть использована соответствующим образом абсорбирующая среда, широко известная в области применения способа производства мочевины, такая как вода (которая может содержать мочевину, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония).The gas exiting after the medium pressure decomposition can be recovered as a recovered liquid during absorption and condensation of the gas in the absorption medium, while the absorption medium is cooled down at the same time. In this context, if the pressure-reducing and heating treatment is performed in several steps as described below, the above-mentioned medium-pressure decomposition gas means the gas mixture containing ammonia and carbon dioxide that is produced in each step. By returning the recovered liquid to the high pressure process, typically the condensation step, unreacted ammonia and unreacted carbon dioxide can be recovered. As the absorbent medium, an absorbent medium commonly known in the field of application of the urea production process, such as water (which may contain urea, ammonia, carbon dioxide, and ammonium carbamate), can be suitably used.
Непрореагировавший аммиак, непрореагировавший диоксид углерода, непрореагировавший карбамат аммония и воду, которые не были разделены, можно более легко разделить в виде газовой смеси путем снижения, насколько это возможно, давления раствора для синтеза мочевины, который получен на этапе разложения под высоким давлением. С другой стороны, для абсорбции при охлаждении абсорбирующей средой газовой смеси, рабочее давление которой является высоким, извлечения этой смеси в виде извлеченной жидкости и возвращения на этап конденсации, предпочтительно, чтобы давление раствора для синтеза мочевины было высоким, насколько это возможно.Unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate, and water that have not been separated can be more easily separated as a gas mixture by reducing as much as possible the pressure of the urea synthesis solution that is obtained in the high pressure decomposition step. On the other hand, in order to absorb by cooling the absorption medium a gas mixture whose operating pressure is high, recover the mixture as recovered liquid, and return to the condensation step, it is preferable that the pressure of the urea synthesis solution be as high as possible.
Следовательно, предпочтительно разделить обработку путем снижения давления и нагревания на несколько этапов, и подвергнуть раствор для синтеза мочевины, полученный на этапе разложения под высоким давлением, обработке на указанных нескольких этапах. Таким образом, можно эффективно снизить содержание непрореагировавшего аммиака, непрореагировавшего диоксида углерода, непрореагировавшего карбамата аммония и воды и получить мочевину высокой чистоты. Раствор для синтеза мочевины, полученный на этапе разложения под средним давлением, предпочтительно нагревают под давлением ниже, чем давление на этапе разложения под средним давлением (однако, равном или выше атмосферного давления) после этапа разложения под средним давлением.Therefore, it is preferable to separate the pressure reduction and heating treatment into several steps, and subject the urea synthesis solution obtained in the high pressure decomposition step to the multiple steps. Thus, unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate and water can be effectively reduced and high purity urea can be obtained. The urea synthesis solution obtained in the medium pressure decomposition step is preferably heated at a pressure lower than the pressure in the medium pressure decomposition step (however equal to or greater than atmospheric pressure) after the medium pressure decomposition step.
На этапе разложения под средним давлением раствор для синтеза мочевины (содержащий непрореагировавший аммиак, непрореагировавший диоксид углерода, непрореагировавший карбамат аммония и воду, которые не были разделены) нагревают непосредственно после получения раствора для синтеза мочевины на этапе разложения под высоким давлением, под давлением, которое ниже давления на этапе разложения под высоким давлением, с получением газовой смеси (газа, выходящего после разложения под средним давлением). Однако, как описано ранее, возможна ситуация, когда рекуперацию тепла осуществляют на этапе конденсации путем теплообмена между внутренней текучей средой конденсатора и раствором для синтеза мочевины непосредственно после получения раствора для синтеза мочевины на этапе разложения под высоким давлением. В этом случае этап разложения под средним давлением означает этап нагрева раствора для синтеза мочевины, нагретого за счет указанной рекуперации тепла, под давлением, которое ниже давления на этапе разложения под высоким давлением, для отделения газовой смеси.In the medium pressure decomposition step, the urea synthesis solution (containing unreacted ammonia, unreacted carbon dioxide, unreacted ammonium carbamate and water that have not been separated) is heated immediately after the urea synthesis solution is obtained in the high pressure decomposition step, at a pressure that is lower than pressure in the high-pressure decomposition step to obtain a gas mixture (gas exiting after medium-pressure decomposition). However, as previously described, it is possible that heat recovery is carried out in the condensation step by heat exchange between the internal fluid of the condenser and the urea synthesis solution immediately after the urea synthesis solution is obtained in the high pressure decomposition step. In this case, the medium pressure decomposition step means a step of heating the urea synthesis solution heated by said heat recovery at a pressure lower than that of the high pressure decomposition step to separate the gas mixture.
Рабочее давление на этапе разложения под средним давлением зависит от количества этапов обработки путем снижения давления и нагревания. Например, в случае двух этапов (этапа разложения под средним давлением и этапа разложения под низким давлением) рабочее давление обычно составляет от 3 до 130 бар, предпочтительно от 6 до 70 бар и более предпочтительно от 10 до 20 бар. Рабочая температура на этапе разложения под средним давлением зависит от рабочего давления, но обычно составляет от 100 до 180°С, предпочтительно порядка 130-160°С.The operating pressure of the medium pressure decomposition step depends on the number of processing steps by pressure reduction and heating. For example, in the case of two stages (medium pressure decomposition stage and low pressure decomposition stage), the operating pressure is usually 3 to 130 bar, preferably 6 to 70 bar, and more preferably 10 to 20 bar. The operating temperature in the medium pressure decomposition step depends on the operating pressure, but is typically between 100 and 180°C, preferably in the order of 130-160°C.
Раствор для синтеза мочевины, полученный на этапе разложения под средним давлением, может быть отправлен на этап концентрирования. В этом контексте, если обработка путем снижения давления и нагревания выполняется на нескольких этапах, вышеупомянутый раствор для синтеза мочевины, полученный на этапе разложения под средним давлением означает раствор для синтеза мочевины, полученный на последнем этапе. На этапе концентрирования содержание воды, содержащейся в растворе для синтеза мочевины, уменьшают путем нагрева в вакууме. Мочевина, полученная на этапе концентрирования, может быть мочевиной - конечным продуктом. Альтернативно, после этапа концентрирования может быть выполнен этап гранулирования для получения продукта в виде гранулированной мочевины.The urea synthesis solution obtained from the medium pressure decomposition step can be sent to the concentration step. In this context, if the pressure-reducing and heating treatment is performed in multiple steps, the above-mentioned urea synthesis solution obtained in the medium pressure decomposition step means the urea synthesis solution obtained in the last step. In the concentration step, the water content of the urea synthesis solution is reduced by heating under vacuum. The urea obtained from the concentration step may be the final product urea. Alternatively, after the concentration step, a granulation step may be performed to obtain a granular urea product.
Устройство для разложения под средним давлением для выполнения этапа разложения под средним давлением может иметь конструкцию, обеспечивающую теплообмен между паром среднего низкого дав- 5 041944 ления и технологической текучей средой (раствор для синтеза мочевины). Клапан понижения давления для понижения давления может быть расположен выше от устройства для разложения под средним давлением относительно направления потока технологической текучей среды (раствора для синтеза мочевины).The medium pressure decomposition apparatus for performing the medium pressure decomposition step may be designed to exchange heat between the medium low pressure steam and the process fluid (urea synthesis solution). The pressure reducing valve for reducing the pressure may be positioned upstream of the medium pressure decomposition device relative to the flow direction of the process fluid (urea synthesis solution).
[Этап предварительного нагрева аммиака][Ammonia preheating stage]
На этапе предварительного нагрева аммиака с использованием в качестве источника тепла по меньшей мере части пара среднего низкого давления, генерируемого на первом этапе генерации пара среднего низкого давления, происходит нагрев аммиака, подаваемого на этап синтеза. Чем выше температура на этапе синтеза, тем выше равновесная скорость синтеза мочевины из карбамата аммония, и тем выше скорость превращения, и, кроме того, при таком же время пребывания увеличивается степень превращения. В результате количество пара, необходимого для разложения непрореагировавшего карбамата аммония, уменьшается. В качестве способа повышения температуры на этапе синтеза эффективен способ повышения температуры сырьевого аммиака, подаваемого на этап синтеза.The ammonia preheating step, using at least a portion of the medium low pressure steam generated in the first medium low pressure steam generation step as a heat source, heats the ammonia fed to the synthesis step. The higher the temperature in the synthesis step, the higher the equilibrium rate for the synthesis of urea from ammonium carbamate, and the higher the conversion rate, and furthermore, at the same residence time, the conversion rate increases. As a result, the amount of steam required to decompose the unreacted ammonium carbamate is reduced. As a method of raising the temperature in the synthesis step, a method of raising the temperature of raw ammonia supplied to the synthesis step is effective.
Для теплообмена между аммиаком и паром среднего низкого давления на этапе предварительного нагрева аммиака может быть использован соответствующий теплообменник.An appropriate heat exchanger can be used for heat exchange between the ammonia and the medium low pressure steam in the ammonia preheating step.
[Второй этап производства пара среднего давления][Second stage of medium pressure steam production]
Путем повышения давления пара низкого давления с помощью эжектора, в котором в качестве рабочей текучей среды используется пар среднего давления, можно выполнить второй этап генерации пара среднего низкого давления для генерации пара среднего низкого давления, имеющего давление, которое ниже давления пара среднего давления и выше давления пара низкого давления. Для выполнения этого этапа используется эжектор. На этом этапе пар среднего низкого давления можно генерировать путем повышения давления пара низкого давления с помощью эжектора, в котором в качестве рабочей текучей среды используется пар высокого давления, имеющего давление, которое выше давления пара среднего давления. Эжектор, в котором в качестве рабочей текучей среды используется пар среднего давления, и эжектор, в котором в качестве рабочей текучей среды используется пар высокого давления, могут использоваться вместе. Пар высокого давления представляет собой, например, пар, подаваемый в паровую турбину. Посредством этого этапа можно увеличить количество источников тепла, имеющих температуру выше, чем температура пара низкого давления, при этом эффективно используя пар низкого давления.By pressurizing the low pressure steam with an ejector using medium pressure steam as the working fluid, a second medium low pressure steam generation step can be performed to generate medium low pressure steam having a pressure that is lower than the pressure of the medium pressure steam and higher than the pressure low pressure steam. An ejector is used to perform this step. At this stage, medium low pressure steam can be generated by pressurizing the low pressure steam with an ejector using high pressure steam having a pressure higher than the pressure of the medium pressure steam as the working fluid. An ejector using medium pressure steam as the working fluid and an ejector using high pressure steam as the working fluid can be used together. High pressure steam is, for example, steam supplied to a steam turbine. Through this step, it is possible to increase the number of heat sources having a temperature higher than the temperature of the low pressure steam, while effectively using the low pressure steam.
На одном или обоих из этапа разложения под средним давлением и этапе предварительного нагрева аммиака в качестве источника тепла можно использовать по меньшей мере часть пара среднего низкого давления, генерируемого на втором этапе генерации пара среднего низкого давления.One or both of the medium pressure decomposition step and the ammonia preheating step may use at least a portion of the medium low pressure steam generated in the second medium low pressure steam generation step as a heat source.
Пар среднего низкого давления, полученный на втором этапе генерации пара среднего низкого давления, может иметь давление, аналогичное или такое же, как давление пара среднего низкого давления, полученного на первом этапе генерации пара среднего низкого давления. Пар среднего низкого давления, полученный на втором этапе генерации пара среднего низкого давления, можно смешать соответствующим образом с паром среднего низкого давления, полученным на первом этапе генерации пара среднего низкого давления.The medium low pressure steam produced in the second medium low pressure steam generation step may have a pressure similar to or the same as that of the medium low pressure steam produced in the first medium low pressure steam generation step. The medium low pressure steam produced in the second medium low pressure steam generation step may be suitably mixed with the medium low pressure steam produced in the first medium low pressure steam generation step.
[Нагрев паром среднего низкого давления на этапе разложения под высоким давлением][Heating with medium-low pressure steam in the high-pressure decomposition step]
На этапе разложения под высоким давлением после нагрева раствора для синтеза мочевины, полученного на этапе синтеза, с использованием в качестве источника тепла пара среднего давления, можно нагреть раствор для синтеза мочевины с использованием в качестве источника тепла пара среднего низкого давления. В качестве пара среднего низкого давления, используемого для этой цели, можно использовать по меньшей мере часть пара среднего низкого давления, генерируемого на первом этапе генерации пара среднего низкого давления. В качестве пара среднего низкого давления, используемого для этой цели, можно использовать по меньшей мере часть пара среднего низкого давления, генерируемого на втором этапе генерации пара среднего низкого давления.In the high pressure decomposition step, after heating the urea synthesis solution obtained in the synthesis step using medium pressure steam as a heat source, it is possible to heat the urea synthesis solution using medium low pressure steam as a heat source. As the medium low pressure steam used for this purpose, at least a portion of the medium low pressure steam generated in the first medium low pressure steam generation step can be used. As the medium low pressure steam used for this purpose, at least a portion of the medium low pressure steam generated in the second medium low pressure steam generation step can be used.
Например, нагревающая часть устройства для разложения под высоким давлением (обычно отпарная колонна) может быть разделена на верхнюю и нижнюю секции в зависимости от направления потока технологической текучей среды (раствора для синтеза мочевины), и пар среднего давления и пар среднего низкого давления можно использовать для нагрева верхней секции и нижней секции, соответственно. Таким образом, можно эффективно использовать пар среднего и низкого давления и снизить общее количество потребления пара среднего давления, гидролиз мочевины и образование биурета.For example, the heating part of the high pressure decomposition apparatus (usually a stripping column) can be divided into upper and lower sections depending on the flow direction of the process fluid (urea synthesis solution), and medium pressure steam and medium low pressure steam can be used to heating the upper section and the lower section, respectively. Thus, medium and low pressure steam can be effectively used and the total amount of medium pressure steam consumption, urea hydrolysis, and biuret formation can be reduced.
[Использование конденсата пара среднего низкого давления][Using Medium Low Pressure Steam Condensate]
Когда пар среднего низкого давления используется в качестве источника тепла, пар среднего низкого давления конденсируют с образованием парового конденсата среднего низкого давления. Кроме того, как описано ранее, конденсат пара среднего низкого давления генерируется на первом этапе генерации пара среднего низкого давления. Конденсат пара среднего низкого давления можно использовать в качестве источника тепла на одном или обоих из этапа разложения под средним давлением и этапе предварительного нагревания аммиака. В качестве конденсата пара среднего низкого давления, используемого для этой цели, можно использовать по меньшей мере часть конденсата пара среднего низкого давления, образованного путем конденсации пара среднего низкого давления, генерируемого на первом этапе генерации пара среднего низкого давления. Кроме того, в качестве конденсата пара среднего низкого давления,When medium low pressure steam is used as a heat source, medium low pressure steam is condensed to form medium low pressure steam condensate. In addition, as previously described, medium low pressure steam condensate is generated in the first medium low pressure steam generation step. The medium low pressure steam condensate can be used as a heat source in one or both of the medium pressure decomposition stage and the ammonia preheating stage. As the medium low pressure steam condensate used for this purpose, at least a portion of the medium low pressure steam condensate formed by condensing the medium low pressure steam generated in the first medium low pressure steam generation step can be used. In addition, as a medium low pressure steam condensate,
- 6 041944 используемого для этой цели, можно использовать по меньшей мере часть конденсата пара среднего низкого давления, образованного на первом этапе генерации пара среднего низкого давления. В качестве конденсата пара среднего низкого давления, используемого для этой цели, можно использовать по меньшей мере часть конденсата пара среднего низкого давления, образованного путем конденсации пара среднего низкого давления, генерируемого на втором этапе генерации пара среднего низкого давления.- 6 041944 used for this purpose, it is possible to use at least part of the medium low pressure steam condensate formed in the first stage of medium low pressure steam generation. As the medium low pressure steam condensate used for this purpose, at least a portion of the medium low pressure steam condensate formed by condensing the medium low pressure steam generated in the second medium low pressure steam generation step can be used.
Таким образом, конденсат пара среднего низкого давления можно эффективно использовать в качестве источника тепла на этапе разложения под средним давлением или/и этапе предварительного нагрева аммиака. Следовательно, устройство для разложения под средним давлением может иметь конструкцию, обеспечивающую теплообмен между технологической текучей средой и конденсатом пара среднего низкого давления. Кроме того, можно использовать соответствующий теплообменник, который осуществляет теплообмен между сырьевым аммиаком и конденсатом пара среднего низкого давления. В качестве альтернативы давление конденсата пара среднего низкого давления может быть снижено до низкого давления для генерации пара низкого давления.Thus, the medium low pressure steam condensate can be effectively used as a heat source in the medium pressure decomposition step and/or the ammonia preheating step. Therefore, the medium pressure decomposition device may be designed to provide heat exchange between the process fluid and the medium low pressure steam condensate. In addition, a suitable heat exchanger can be used which exchanges heat between the feed ammonia and the medium low pressure steam condensate. Alternatively, the medium low pressure steam condensate may be depressurized to low pressure to generate low pressure steam.
В случае нагрева текучей среды, такой как сырьевой аммиак, или технологической текучей среды на этапе разложения под средним давлением, можно осуществлять, например, нагрев паром низкого давления, нагрев конденсатом пара среднего низкого давления и нагрев паром среднего низкого давления, в указанном порядке.In the case of heating a fluid such as raw ammonia or process fluid in the medium pressure decomposition step, low pressure steam heating, medium low pressure steam condensate heating, and medium low pressure steam heating can be performed, for example, in that order.
[Другое][Other]
Поскольку реакция синтеза мочевины также протекает на этапе конденсации, этап конденсации и этап синтеза можно осуществлять в одном сосуде высокого давления. Следовательно, можно использовать один сосуд высокого давления, в котором объединены конденсатор и реактор синтеза.Since the urea synthesis reaction also proceeds in the condensation step, the condensation step and the synthesis step can be carried out in the same pressure vessel. Therefore, a single pressure vessel can be used in which the condenser and synthesis reactor are combined.
Перед предварительным нагревом сырьевого аммиака паром среднего низкого давления сырьевой аммиак может быть предварительно нагрет паром низкого давления.Before preheating the raw ammonia with medium low pressure steam, the raw ammonia may be preheated with low pressure steam.
Согласно настоящему изобретению, поскольку в качестве источника тепла используется пар, общий коэффициент теплопередачи становится выше по сравнению со случаем использования конденсата пара. Кроме того, поскольку давление пара среднего низкого давления ниже по сравнению с конденсатом пара среднего давления, можно использовать более низкое расчетное давление для оборудования и трубопроводов и снизить стоимость оборудования. Кроме того, по сравнению с конденсатом пара среднего давления, пар среднего низкого давления можно легко распределять для нагрева по нескольким этапам, таким как этап разложения под средним давлением, этап предварительного нагрева аммиака и этап разложения под высоким давлением. Другими словами, в отношении распределения тепла обеспечиваются высокая гибкость конструкции и эффективность.According to the present invention, since steam is used as a heat source, the overall heat transfer coefficient becomes higher compared to the case of using steam condensate. In addition, since the pressure of the medium low pressure steam is lower compared to the condensate of the medium pressure steam, a lower design pressure can be used for the equipment and pipelines and reduce the cost of the equipment. In addition, compared with the medium pressure steam condensate, the medium low pressure steam can be easily distributed for heating in several stages such as a medium pressure decomposition stage, an ammonia preheating stage, and a high pressure decomposition stage. In other words, with regard to heat distribution, high design flexibility and efficiency are ensured.
[Пример осуществления способа][Example of the method]
Настоящее изобретение подробно описано ниже со ссылкой на чертежи, но не ограничивается ими.The present invention is described in detail below with reference to the drawings, but is not limited to them.
На фиг. 1 схематически показан вариант осуществления производства и использования пара среднего низкого давления в примере способа производства мочевины. На чертежах МР STM означает пар среднего давления; MLP STM означает пар среднего низкого давления; LP STM означает пар низкого давления; МР SC означает конденсат пара среднего давления; MLP SC означает конденсат пара среднего низкого давления; и LP SC (показан на фиг. 2) означает конденсат пара низкого давления, соответственно.In FIG. 1 schematically shows an embodiment of the production and use of medium low pressure steam in an example urea production process. In the drawings, MP STM stands for medium pressure steam; MLP STM means medium low pressure steam; LP STM means low pressure steam; MP SC means medium pressure steam condensate; MLP SC stands for Medium Low Pressure Steam Condensate; and LP SC (shown in FIG. 2) means low pressure steam condensate, respectively.
Пар среднего давления подается по линиям 1 и 2 в секцию А1 нагрева, где осуществляется нагрев устройства для разложения под высоким давлением паром среднего давления. Этот пар среднего давления используется в качестве источника тепла в секции А1 нагрева и конденсируется, превращаясь в конденсат пара среднего давления (линия 3). Этот конденсат пара среднего давления подают в первый парогенератор F среднего низкого давления. Первый парогенератор F среднего низкого давления обычно снабжен клапаном снижения давления и, кроме того, может быть снабжен сепаратором (сосудом) газа и жидкости. В первом парогенераторе F среднего низкого давления давление конденсата пара среднего давления понижают, и генерируют пар среднего низкого давления. В это время может генерироваться жидкая фаза (конденсат пара среднего низкого давления). В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, пар среднего низкого давления отводят из линии 4, а конденсат пара среднего низкого давления отводят из линии 9.The medium pressure steam is supplied via lines 1 and 2 to the heating section A1, where the high pressure decomposition apparatus is heated by the medium pressure steam. This medium pressure steam is used as a heat source in the heating section A1 and condenses into medium pressure steam condensate (line 3). This medium pressure steam condensate is fed to a first medium low pressure steam generator F. The first medium low pressure steam generator F is usually provided with a pressure reducing valve and may also be provided with a gas/liquid separator (vessel). In the first medium low pressure steam generator F, the pressure of medium pressure steam condensate is reduced and medium low pressure steam is generated. At this time, a liquid phase (medium low pressure steam condensate) can be generated. In the embodiment shown in FIG. 1, medium low pressure steam is withdrawn from line 4 and medium low pressure steam condensate is withdrawn from line 9.
Пар среднего низкого давления, используемый в качестве источника тепла, подают в секцию А2 нагрева, где осуществляют нагрев устройства для разложения под высоким давлением с помощью пара среднего низкого давления, в секцию С2 нагрева, в которой осуществляют нагрев устройства для разложения под средним давлением с использованием пара среднего низкого давления, в устройство Е для предварительного нагрева аммиака, где выполняют нагрев с использованием пара среднего низкого давления, и в другое оборудование D2, которое потребляет пар среднего низкого давления, по линиям 5, 6, 7 и 8, соответственно.The medium-low pressure steam used as a heat source is supplied to the heating section A2, where the high-pressure decomposition apparatus is heated by the medium-low pressure steam, to the heating section C2, which the medium-pressure decomposition apparatus is heated using medium low pressure steam, to the ammonia preheater E, where heating is carried out using medium low pressure steam, and to other equipment D2, which consumes medium low pressure steam, through lines 5, 6, 7 and 8, respectively.
Давление конденсата пара среднего низкого давления в трубопроводе 9 снижают, например, с помощью клапана снижения давления с образованием пара низкого давления и конденсата пара низкого давления. Их разделяют газожидкостным сепаратором. Этот конденсат пара низкого давления нагревают конденсатором В (другими словами, используют для рекуперации тепла конденсации), и он становитсяThe pressure of the medium low pressure steam condensate in the pipeline 9 is reduced, for example, by means of a pressure reduction valve, with the formation of low pressure steam and low pressure steam condensate. They are separated by a gas-liquid separator. This low pressure steam condensate is heated by condenser B (in other words, it is used to recover the heat of condensation) and it becomes
- 7 041944 паром низкого давления. Клапан снижения давления и газожидкостный сепаратор не показаны на фиг. 1.- 7 041944 low pressure steam. The pressure reducing valve and gas/liquid separator are not shown in FIG. 1.
Следует понимать, что на фиг. 1, клапан снижения давления и газожидкостной сепаратор включены в блок индикации конденсатора В.It should be understood that in FIG. 1, a pressure reducing valve and a gas/liquid separator are included in the B condenser indicating unit.
Пар низкого давления отводят из конденсатора В по линии 10, подают в качестве источников тепла в секцию С1 нагрева, где выполняют нагрев устройства для разложения под средним давлением с помощью пара низкого давления, и в другое оборудование D1, которое потребляет пар низкого давления, по линиям 11 и 12, соответственно. Пар низкого давления из линии 10 также подают по линии 13 во второй парогенератор среднего низкого давления (эжектор) G.The low pressure steam is removed from the condenser B via line 10, supplied as heat sources to the heating section C1, where the medium pressure decomposition device is heated with low pressure steam, and to other equipment D1 that consumes low pressure steam, via lines 11 and 12, respectively. The low pressure steam from line 10 is also fed through line 13 to a second medium low pressure steam generator (ejector) G.
Эжектор G приводят в действие паром среднего давления из линии 14, и давление пара низкого давления (линия 13) увеличивают, генерируя пар среднего низкого давления (линия 15). Пар среднего низкого давления из линии 15 смешивают с паром среднего низкого давления из линии 4.Ejector G is driven by medium pressure steam from line 14 and the low pressure steam (line 13) is increased to generate medium low pressure steam (line 15). The medium low pressure steam from line 15 is mixed with the medium low pressure steam from line 4.
На фиг. 2 представлена блок-схема технологического процесса, схематически показывающая пример способа производства мочевины. Сырьевой аммиак, давление которого увеличено соответствующим образом с помощью насоса (не показан), подают в реактор Н синтеза по линиям 101, 102 и 103. Сырьевой диоксид углерода подают в реактор Н синтеза по линиям 104 и 105. Сырьевой аммиак можно нагреть через теплообмен с паром среднего низкого давления в устройстве Е для предварительного нагрева аммиака, и затем этот пар можно использовать в качестве рабочей текучей среды для эжектора I. Раствор для синтеза мочевины направляют из реактора Н синтеза в устройство А для разложения под высоким давлением по линии 110.In FIG. 2 is a process flow diagram schematically showing an example of a urea production process. Feed ammonia, suitably pressurized with a pump (not shown), is fed to the H synthesis reactor via lines 101, 102 and 103. Feed carbon dioxide is fed to the H synthesis reactor via lines 104 and 105. The raw ammonia can be heated through heat exchange with medium low pressure steam in the ammonia preheater E, and then this steam can be used as a working fluid for the ejector I. The urea synthesis solution is sent from the synthesis reactor H to the high pressure decomposition device A through line 110.
В устройстве А для разложения под высоким давлением раствор для синтеза мочевины нагревают в секции А1 нагрева, где выполняют нагрев с использованием пара среднего давления, и затем нагревают в секции А2 нагрева, где выполняют нагрев с использованием пара среднего низкого давления. Устройство А для разложения под высоким давлением имеет конструкцию (секцию А1 нагрева), обеспечивающую теплообмен между паром среднего давления и технологической текучей средой выше по потоку, и конструкцию (секцию А2 нагрева), обеспечивающую теплообмен между паром среднего низкого давления и технологической текучей средой ниже по потоку относительно направления потока технологической текучей среды (раствора для синтеза мочевины). Двуокись углерода подают из линии 106 в нижнюю часть устройства А для разложения под высоким давлением в качестве отпарного газа.In the high pressure decomposition apparatus A, the urea synthesis solution is heated in a heating section A1, where heating is performed using medium pressure steam, and then heated in a heating section A2, where heating is performed using medium low pressure steam. The high pressure decomposition apparatus A has a structure (heating section A1) for heat exchange between medium pressure steam and process fluid upstream and a structure (heating section A2) for heat exchange between medium pressure steam and process fluid downstream. flow relative to the flow direction of the process fluid (urea synthesis solution). Carbon dioxide is fed from line 106 to the bottom of the high pressure decomposition apparatus A as a boil off gas.
Газ, выходящий после разложения под высоким давлением, подают в конденсатор В из устройства А для разложения под высоким давлением по линии 112. Кроме того, давление раствора для синтеза мочевины, из которого был отделен газ, выходящий после разложения под высоким давлением, понижают с помощью клапана J снижения давления после подачи по линии 111 и подают в устройство С для разложения под средним давлением по 112.The high-pressure decomposition gas is supplied to the condenser B from the high-pressure decomposition apparatus A via line 112. In addition, the pressure of the urea synthesis solution from which the high-pressure decomposition gas has been separated is reduced by pressure reduction valve J after being supplied through line 111 and fed into medium pressure decomposition device C at 112.
Газ, выходящий после разложения под высоким давлением, подаваемый в конденсатор В, абсорбируется абсорбирующей жидкостью (абсорбирующей средой), подаваемой из линии 120, и конденсируется. Давление полученной сконденсированной жидкости увеличивают с помощью эжектора I после ее прохождения по линии 121 и возвращают в реактор Н синтеза из линии 103. Газ, который не сконденсировался (газ на выходе из конденсатора), отводят по линии 122, и его давление понижают с помощью клапана К снижения давления. Конденсат пара низкого давления подают в конденсатор В в качестве источника охлаждения. Конденсат пара низкого давления нагревают с помощью внутренней текучей среды (технологической текучей средой) конденсатора В с образованием пара низкого давления.The high-pressure decomposition exit gas supplied to the condenser B is absorbed by the absorption liquid (absorbent medium) supplied from the line 120 and condensed. The pressure of the resulting condensed liquid is increased by the ejector I after it has passed through line 121 and returned to the synthesis reactor H from line 103. The gas that has not condensed (condenser outlet gas) is withdrawn through line 122 and its pressure is reduced by means of a valve To reduce pressure. The low pressure steam condensate is fed to condenser B as a cooling source. The low pressure steam condensate is heated by the internal fluid (process fluid) of the condenser B to form low pressure steam.
Раствор для синтеза мочевины (который может представлять собой двухфазный поток газжидкость), подаваемый из линии 112 в устройство С для разложения под средним давлением, нагревают в секции С1 нагрева, где выполняют нагрев с помощью пара низкого давления, и затем нагревают в секции С2 нагрева, где выполняют нагрев с помощью пара среднего низкого давления. Устройство С для разложения под средним давлением имеет конструкцию (секцию С1 нагрева), обеспечивающую теплообмен между паром низкого давления и технологической текучей средой выше по потоку, и конструкцию (секцию С2 нагрева), обеспечивающую теплообмен между паром среднего низкого давления и технологической текучей средой ниже по потоку относительно направления потока технологической текучей среды (раствора для синтеза мочевины).The urea synthesis solution (which may be a two-phase gas-liquid flow) supplied from line 112 to the medium pressure decomposition device C is heated in the heating section C1, where heating is carried out using low pressure steam, and then heated in the heating section C2, where heating is carried out using medium low pressure steam. The medium pressure decomposition apparatus C has a structure (heating section C1) for heat exchange between low pressure steam and process fluid upstream and a structure (heating section C2) for heat exchange between medium low pressure steam and process fluid downstream. flow relative to the flow direction of the process fluid (urea synthesis solution).
Газ, выходящий после разложения под средним давлением, отводят из линии 132, и раствор для синтеза мочевины, из которого отделен газ, выходящий после разложения под средним давлением, отводят из линии 131.The gas exiting after the medium pressure decomposition is withdrawn from the line 132, and the urea synthesis solution from which the gas exiting after the decomposition under the medium pressure is separated is withdrawn from the line 131.
Газ, выходящий после разложения под средним давлением (линия 132), может быть смешан с газом на выходе конденсатора, давление которого было понижено с помощью клапана К снижения давления (линия 122), с получением газовой смеси (линия 133). Эту газовую смесь можно использовать в виде рекуперированной жидкости во время абсорбции и конденсации газовой смеси в абсорбирующей среде с одновременным охлаждением абсорбирующей среды (не показано). В качестве абсорбирующей среды можно использовать соответствующим образом абсорбирующую среду, хорошо известную в области применения способа производства мочевины, такую как вода (которая может содержать мочевину, аммиак, диоксид углерода и карбамат аммония).The medium-pressure decomposition gas (line 132) may be mixed with the condenser outlet gas that has been depressurized by the depressurization valve K (line 122) to form a gas mixture (line 133). This gas mixture can be used as a recovered liquid during absorption and condensation of the gas mixture in the absorption medium while cooling the absorption medium (not shown). As an absorbent medium, an absorbent medium well known in the field of application of the urea production process, such as water (which may contain urea, ammonia, carbon dioxide and ammonium carbamate), can be suitably used.
Давление извлеченной таким образом жидкости может быть увеличено соответствующим образом,The pressure of the fluid thus extracted can be increased accordingly,
--
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018-140072 | 2018-07-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA041944B1 true EA041944B1 (en) | 2022-12-16 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10376859B2 (en) | Urea production with bi-pressurized synthesis | |
| CN113195449B (en) | Process and plant for urea production with heat integration in the low-pressure recovery section | |
| CA2933474C (en) | Integrated production of urea and melamine | |
| US10457633B2 (en) | Urea production with controlled biuret | |
| WO2016124413A1 (en) | Method for revamping a high pressure melamine plant | |
| EA041944B1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING UREA | |
| CN112424164B (en) | Process and plant for urea production | |
| US11878957B2 (en) | Process and apparatus for urea production | |
| RU2788626C1 (en) | Method and device for producing urea | |
| RU2788006C1 (en) | Method and apparatus for producing urea | |
| CN113574049B (en) | Process and apparatus for urea production | |
| WO2020095221A1 (en) | Urea production method and device | |
| RU2808666C2 (en) | Method for urea synthesis | |
| RU2794580C2 (en) | Method for urea synthesis | |
| CN101115729B (en) | Process for the preparation of melamine | |
| EA040954B1 (en) | METHOD AND PLANT FOR PRODUCING UREA WITH HEAT INTEGRATION IN LOW PRESSURE REGENERATION SECTION |