RU2776906C1 - Ammonia-water absorption cooling system - Google Patents
Ammonia-water absorption cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776906C1 RU2776906C1 RU2021102735A RU2021102735A RU2776906C1 RU 2776906 C1 RU2776906 C1 RU 2776906C1 RU 2021102735 A RU2021102735 A RU 2021102735A RU 2021102735 A RU2021102735 A RU 2021102735A RU 2776906 C1 RU2776906 C1 RU 2776906C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonia
- solution
- evaporative condenser
- absorber
- gaseous
- Prior art date
Links
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 28
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 24
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 131
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 45
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 claims description 12
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 11
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 11
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 4
- 239000012455 biphasic mixture Substances 0.000 claims 1
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 claims 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 239000003570 air Substances 0.000 description 13
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000006199 nebulizer Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000009420 retrofitting Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к водоаммиачной системе абсорбционного охлаждения и способу ее модернизации. Предпочтительной областью применения системы абсорбционного охлаждения является охлаждение технологического газа в установке синтеза аммиака.The invention relates to an ammonia-water absorption cooling system and a method for upgrading it. A preferred application for an absorption cooling system is the cooling of process gas in an ammonia synthesis plant.
Уровень техникиState of the art
Водоаммиачная система абсорбционного охлаждения в общем включает:Ammonia absorption cooling system generally includes:
аммиачный испаритель, в котором испаряется по существу чистый жидкий аммиак;an ammonia evaporator in which substantially pure liquid ammonia evaporates;
абсорбер, в котором пары аммиака из испарителя поглощаются обедненным раствором аммиака и воды (водоаммиачный раствор) с получением обогащенного раствора с передачей некоторого количества тепла охлаждающей среде;an absorber in which ammonia vapor from the evaporator is absorbed by a depleted solution of ammonia and water (aqueous ammonia solution) to obtain an enriched solution with the transfer of some heat to the cooling medium;
десорбер, в котором из обогащенного раствора извлекается газообразный аммиак, а упомянутый выше обедненный раствор отделяется для дальнейшего использования в абсорбере;a desorber in which gaseous ammonia is extracted from the enriched solution, and the lean solution mentioned above is separated for further use in the absorber;
конденсатор, в котором газообразный аммиак, отведенный из десорбера, конденсируется для получения жидкого аммиака, который снова направляется в испаритель.a condenser in which the gaseous ammonia withdrawn from the stripper is condensed to produce liquid ammonia, which is sent back to the evaporator.
Испарение аммиака в испарителе создает требуемый охлаждающий эффект, например, извлечением теплоты из другого потока.Evaporation of ammonia in the evaporator creates the desired cooling effect, for example by extracting heat from another stream.
Движущей силой данного технологического процесса является теплота, подводимая в десорбер для отделения паров хладагента от обогащенного раствора. В сравнении с обычной парокомпрессионной холодильной системой (VCRS - от англ. vapor compression refrigeration system), в абсорбционной холодильной системе используется низкопотенциальное тепло вместо электрической энергии в качестве источника энергии для получения охлаждающего эффекта.The driving force behind this process is the heat supplied to the desorber to separate the refrigerant vapor from the rich solution. Compared with the conventional vapor compression refrigeration system (VCRS), the absorption refrigeration system uses low-grade heat instead of electrical energy as an energy source to produce a cooling effect.
Описанная система также известна как водоаммиачная холодильная установка (AARP - англ. aqua ammonia refrigeration plant).The system described is also known as an aqua ammonia refrigeration plant (AARP).
Испаритель и абсорбер работают при первом давлении; десорбер и устройство воздушного охлаждения работают при втором давлении, причем второе давление выше первого. Обычно первое давление находится в интервале от разрежения до 5 бар.The evaporator and absorber operate at the first pressure; the desorber and the air cooler are operated at a second pressure, the second pressure being higher than the first. Usually the first pressure is in the range from vacuum to 5 bar.
Термины обедненный раствор и обогащенный раствор относятся к содержанию аммиака в водном растворе, т.е., в обедненном растворе аммиака содержится меньше, чем в обогащенном растворе.The terms lean solution and rich solution refer to the ammonia content of the aqueous solution, i.e., the lean solution contains less ammonia than the rich solution.
Системы абсорбционного охлаждения используются, среди прочего, для охлаждения технологического газа в установках получения аммиака. Соответственно, технологический газ передает тепло в аммиачный испаритель. Например, аммиачным испарителем является непрямой теплообменник, в котором технологический газ подвергается охлаждению с одной стороны, а испаряющийся аммиак находится с другой стороны.Absorption cooling systems are used, among other things, for cooling process gas in ammonia plants. Accordingly, the process gas transfers heat to the ammonia evaporator. For example, an ammonia evaporator is an indirect heat exchanger in which the process gas is cooled on one side and the evaporating ammonia is on the other side.
Установка получения аммиака в основном содержит головную секцию для вырабатывания подпиточного синтез-газа, содержащего Н2 и N2, из углеводородного сырья, секцию сжатия для повышения давления подпиточного газа до давления синтеза, и контур синтеза для каталитической конверсии подпиточного газа в газообразный продукт, преимущественно состоящий из аммиака.The ammonia plant mainly comprises a head section for generating make-up synthesis gas containing H 2 and N 2 from hydrocarbon feedstock, a compression section for increasing the pressure of the make-up gas to the synthesis pressure, and a synthesis loop for catalytically converting the make-up gas into a gaseous product, mainly made up of ammonia.
Указанные подпиточный газ и газообразный продукт получаются при повышенных температурах, и теплосодержание (энтальпия) обычно рекуперируется в ряде последовательно установленных теплообменников, включая, например, котлы-утилизаторы и/или нагреватели питательной воды для котлов (BFW, сокр. от англ. boiler feed water). Обычно системы абсорбционного охлаждения используются для охлаждения газообразного продукта ниже по потоку от водяного охладителя или газо-газового теплообменника, для конденсации и отделения аммиака от указанного газообразного продукта.Said make-up gas and product gas are produced at elevated temperatures and the heat content (enthalpy) is typically recovered in a series of heat exchangers, including, for example, waste heat boilers and/or boiler feed water (BFW) heaters. ). Typically, absorption refrigeration systems are used to cool a product gas downstream of a water cooler or gas/gas heat exchanger to condense and separate ammonia from said product gas.
Существует потребность модернизации существующих установок получения аммиака, направленной на повышение их текущей или потенциальной производительности, и/или снижения потребления энергии или иных ценных ресурсов.There is a need to modernize existing ammonia plants to increase their current or potential productivity and/or reduce the consumption of energy or other valuable resources.
В водоаммиачной системе охлаждения, абсорбер отдает тепло и, поэтому, требует охлаждающей среды. Этой охлаждающей средой в большинстве случаев (в частности, в аммиачном производстве) является пресная охлаждающая вода. Однако количество охлаждающей воды может быть ограничено, и ее использование в качестве охлаждающей среды может потребовать больших затрат. Поэтому, при планировании модернизации установки синтеза аммиака также целесообразно усовершенствовать водоаммиачную систему охлаждения.In an ammonia-water refrigeration system, the absorber gives off heat and therefore requires a cooling medium. This cooling medium in most cases (particularly in ammonia production) is fresh cooling water. However, the amount of cooling water may be limited and its use as a cooling medium may be costly. Therefore, when planning the modernization of the ammonia synthesis plant, it is also advisable to improve the water-ammonia cooling system.
Водяное абсорбционное охлаждение раскрыто, например, в WO 2012/042496.Water absorption cooling is disclosed, for example, in WO 2012/042496.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является устранение описанных выше недостатков существующей технологии. Изобретение направлено на повышение эффективности водоаммиачной системы охлаждения. В частности, изобретение направлено на снижение потребления охлаждающей воды для охлаждения абсорбера. Изобретение также направлено на способ модернизации водоаммиачной системы охлаждения, в частности, когда эта система охлаждения является частью установки получения аммиака и используется для охлаждения по меньшей мере одного технологического газа синтеза аммиака.The objective of the present invention is to eliminate the disadvantages of the existing technology described above. The invention is aimed at improving the efficiency of the ammonia-water cooling system. In particular, the invention is directed to reducing the consumption of cooling water for cooling the absorber. The invention is also directed to a method for retrofitting an ammonia-water cooling system, in particular when this cooling system is part of an ammonia plant and is used to cool at least one ammonia synthesis process gas.
Эти задачи решаются способом в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Изобретение видоизменяет стадию абсорбции, вводя предварительную стадию, осуществляемую в испарительном конденсаторе. Стадия абсорбции включает: смешивание газообразного аммиака из стадии испарения и обедненного раствора аммиака с получением двухфазной смеси; по меньшей мере частичная конденсация этой двухфазной смеси в по меньшей мере одном испарительном конденсаторе; подачу полученной таким образом и по меньшей мере частично сконденсированной смеси в абсорбер, где любой оставшийся газообразный аммиак может быть поглощен в обедненном растворе.These tasks are solved by the method in accordance with
Другой особенностью изобретения является водоаммиачная система охлаждения в соответствии с формулой изобретения.Another feature of the invention is the water-ammonia cooling system according to the claims.
Еще одной особенностью изобретения является способ модернизации (переоборудования) водоаммиачной системы охлаждения в соответствии с формулой изобретения.Another feature of the invention is a method of modernization (re-equipment) of the water-ammonia cooling system in accordance with the claims.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления представлены приложенными зависимыми пунктами формулы.Some preferred embodiments are represented by the appended dependent claims.
Газообразный аммиак и обедненный раствор, согласно разным вариантам осуществления, могут смешиваться перед поступлением в испарительный конденсатор, либо могут смешиваться непосредственно в испарительном конденсаторе.Gaseous ammonia and lean solution, according to various embodiments, may be mixed before entering the flash condenser, or may be mixed directly in the flash condenser.
Испарительный конденсатор обеспечивает передачу тепла от смеси газообразного аммиака и обедненного раствора к испаряющейся среде, роль которой обычно играет вода, косвенным путем (т.е., без прямого контакта) в замкнутом контуре. Эта вода, в свою очередь, передает тепло окружающему воздуху посредством прямого контакта.The evaporative condenser transfers heat from the mixture of ammonia gas and lean solution to the evaporating medium, usually water, indirectly (i.e. without direct contact) in a closed circuit. This water, in turn, transfers heat to the surrounding air through direct contact.
Предпочтительно, упомянутая двухфазная смесь газообразного аммиака и обедненного раствора входит внутрь по меньшей мере одной секции теплообмена испарительного конденсатора; охлаждающая вода распыляется по наружной поверхности этой секции теплообмена; внутри испарительного конденсатора циркулирует окружающий воздух, имеющий прямой контакт с распыленной охлаждающей водой. За счет тепломассообмена с окружающим воздухом происходит охлаждение воды, которую можно многократно пропускать через замкнутый контур. Соответственно, можно сказать, что фактическим теплоотводом испарительного конденсатора является окружающий воздух, и достижимый охлаждающий эффект зависит от температуры и влажности этого окружающего воздуха.Preferably, said two-phase mixture of gaseous ammonia and lean solution enters the inside of at least one heat exchange section of the evaporative condenser; cooling water is sprayed on the outer surface of this heat exchange section; inside the evaporative condenser, ambient air circulates in direct contact with the atomized cooling water. Due to heat and mass transfer with the surrounding air, water is cooled, which can be repeatedly passed through a closed circuit. Accordingly, it can be said that the actual heat sink of the evaporative condenser is the ambient air and the achievable cooling effect depends on the temperature and humidity of this ambient air.
Внутри секции теплообмена проходит упомянутая смесь, а на ее внешнюю поверхность воздействуют испаряющаяся охлаждающая вода и воздух. Этой секцией теплообмена может быть, например конденсаторная трубка, более предпочтительно, змеевик. Для улучшения теплообмена эта секция теплообмена может иметь ребра. Вода распыляется на поверхность секции теплообмена, вызывая испарение по меньшей мере части распыляемой воды и отведение тепла. Предпочтительно распыляемая вода и поток воздуха поступают в противотоке, причем вода движется вниз, а поток воздуха поднимается вверх. На дне испарительного конденсатора воду можно собирать.Said mixture passes inside the heat exchange section, and evaporating cooling water and air act on its outer surface. This heat exchange section may be, for example, a condenser tube, more preferably a coil. To improve heat transfer, this heat exchange section may be provided with fins. Water is sprayed onto the surface of the heat exchange section, causing at least a portion of the sprayed water to evaporate and heat to be removed. Preferably, the water to be sprayed and the air stream flow in countercurrent, with the water moving down and the air stream going up. At the bottom of the evaporative condenser, water can be collected.
Испарительный конденсатор обеспечивает по меньшей мере частичную конденсацию двухфазной смеси аммиачного газа и обедненного раствора, уменьшая количество тепла для удаления в абсорбере, например, передачей к охлаждающей воде абсорбера. Соответственно, тем самым снижается количество охлаждающей воды, требующейся для работы абсорбера.The evaporative condenser provides at least partial condensation of the two-phase mixture of ammonia gas and lean liquor, reducing the amount of heat to be removed in the absorber, for example by transferring to the absorber cooling water. Accordingly, thereby reducing the amount of cooling water required for the operation of the absorber.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере один испарительный конденсатор обеспечивает частичную конденсацию смеси. Первая часть газообразного аммиака, содержащегося в этой двухфазной смеси, конденсируется в упомянутом по меньшей мере одном испарительном конденсаторе, а вторая часть газообразного аммиака конденсируется в абсорбере. Предпочтительно, первая часть и вторая часть составляют или в основном составляют общее количество (например, по меньшей мере 99%) газообразного аммиака, исходно содержащегося в смеси.In some embodiments, at least one evaporative condenser provides partial condensation of the mixture. The first part of the gaseous ammonia contained in this two-phase mixture is condensed in said at least one evaporative condenser, and the second part of the gaseous ammonia is condensed in the absorber. Preferably, the first part and the second part constitute or substantially constitute the total amount (eg, at least 99%) of the gaseous ammonia initially contained in the mixture.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере один испарительный конденсатор обеспечивает полную конденсацию смеси. Термин полная конденсация означает, что газообразный аммиак подвергся полной конденсации, за исключением остаточного количества несконденсированного аммиака из-за наличия равновесия жидкость-пар в конденсаторе и присутствия неконденсируемой фракции. В варианте осуществления с полной конденсацией, предпочтительно конденсируется по меньшей мере 99% газообразного аммиака.In some embodiments, at least one evaporative condenser ensures complete condensation of the mixture. The term complete condensation means that the ammonia gas has undergone complete condensation, with the exception of the residual amount of uncondensed ammonia due to the presence of liquid-vapor equilibrium in the condenser and the presence of a non-condensable fraction. In the fully condensing embodiment, at least 99% of the ammonia gas is preferably condensed.
Таким образом, может быть создан по меньшей мере один испарительный конденсатор для обеспечения полной конденсации при нормальной работе; расположенный далее в технологическом процессе абсорбер может обеспечивать переохлаждение отходящего потока конденсата и может предотвращать возможность того, что некоторое количество газообразного аммиака останется в отходящем потоке испарительного конденсатора, например из-за условий работы, не совсем подходящих для конденсации аммиака.Thus, at least one evaporative condenser can be provided to ensure complete condensation during normal operation; a downstream absorber may provide subcooling of the condensate effluent and may prevent the possibility of some ammonia gas remaining in the evaporative condenser effluent due to, for example, operating conditions not well suited for ammonia condensation.
В результате смешивания газообразного аммиака из испарителя аммиака и обедненного раствора аммиака получается двухфазная смесь, имеющая, предпочтительно, паровую фракцию от 5% до 20%. Паровая фракция состоит, преимущественно, из газообразного аммиака.By mixing the ammonia gas from the ammonia evaporator and the lean ammonia solution, a two-phase mixture is obtained, preferably having a vapor fraction of 5% to 20%. The vapor fraction consists mainly of gaseous ammonia.
Заявитель установил, что эта смесь имеет относительно высокую температуру, примерно 50°С, например, в интервале от 45 до 65°С. Настоящее изобретение основано на утверждении, что эта смесь может быть охлаждена и частично сконденсирована в испарительном конденсаторе благодаря ее относительно высокой температуре по сравнению с температурой окружающей среды.The applicant has found that this mixture has a relatively high temperature, about 50°C, for example, in the range from 45 to 65°C. The present invention is based on the claim that this mixture can be cooled and partially condensed in an evaporative condenser due to its relatively high temperature compared to ambient temperature.
Например, в предпочтительном варианте осуществления, испарительный конденсатор может быть приспособлен для охлаждения смеси паров аммиака и обедненного раствора до температуры от 30 до 40°С.For example, in a preferred embodiment, an evaporative condenser may be adapted to cool the mixture of ammonia vapor and lean solution to a temperature of 30 to 40°C.
В предпочтительном варианте осуществления, в испарительном конденсаторе паровая фракция этой двухфазной смеси сокращается на по меньшей мере 30%, предпочтительно, на по меньшей мере 50%. Соответственно, смесь на входе испарительного конденсатора имеет первую паровую фракцию, а смесь, отходящая после испарительного конденсатора, имеет вторую паровую фракцию, составляющую от 0,5 до 0,7 от первой паровой фракции.In a preferred embodiment, in the evaporative condenser, the vapor fraction of this two-phase mixture is reduced by at least 30%, preferably by at least 50%. Accordingly, the mixture at the inlet of the evaporative condenser has a first vapor fraction, and the mixture leaving after the evaporative condenser has a second vapor fraction ranging from 0.5 to 0.7 of the first vapor fraction.
Питательный поток испарительного конденсатора может содержать полное количество газообразного аммиака из испарительного конденсатора и обедненного раствора из десорбера, или только часть их. Предпочтительно, используется полное количество газообразного аммиака.The evaporative condenser feed stream may contain all or only a portion of the ammonia gas from the evaporative condenser and the lean solution from the stripper. Preferably, the full amount of ammonia gas is used.
В некоторых вариантах осуществления, обедненный раствор разделяется между испарительным конденсатором и абсорбером. В частности, первая часть обедненного раствора смешивается с газообразным аммиаком с получением питательного потока испарительного конденсатора, а вторая часть обедненного раствора смешивается с отходящим потоком испарительного конденсатора. Первая часть обедненного раствора, которая составляет предпочтительно от 20% до 100%, вторая часть обедненного раствора образует оставшуюся разницу до 100%.In some embodiments, the lean solution is split between an evaporative condenser and an absorber. Specifically, a first part of the lean solution is mixed with ammonia gas to form an evaporative condenser feed stream, and a second part of the lean solution is mixed with an evaporative condenser effluent. The first part of the lean solution, which is preferably from 20% to 100%, the second part of the lean solution forms the remaining difference up to 100%.
Разделение обедненного раствора может быть выгодным в некоторых вариантах осуществления, позволяя снизить капитальные расходы на испарительный конденсатор.Lean liquor separation can be advantageous in some embodiments by reducing the capital cost of the evaporative condenser.
В соответствии с вышеизложенным, часть процесса абсорбции также происходит в испарительном конденсаторе, где газообразный аммиак конденсируется в жидкую фазу и переходит в водный раствор, тем самым, обогащая его.In accordance with the above, part of the absorption process also takes place in the evaporative condenser, where the gaseous ammonia condenses into a liquid phase and passes into an aqueous solution, thereby enriching it.
В существующей технологии, тепло, отводимое от газообразного аммиака и обедненного раствора, полностью передается охлаждающей воде абсорбера. В настоящем изобретении, напротив, часть тепла выделяется в окружающую среду через испарительный конденсатор. Таким образом, снижается потребность в охлаждающей воде.In existing technology, the heat removed from the ammonia gas and lean solution is completely transferred to the absorber cooling water. In the present invention, on the contrary, part of the heat is released to the environment through an evaporative condenser. Thus, the need for cooling water is reduced.
Еще одним преимуществом является то, что способность обедненного раствора поглощать газообразный аммиак зависит не только от концентрации аммиака в растворе, но также и от температуры раствора. В частности, более низкой температуре соответствует более высокая способность абсорбции аммиака. Поэтому, охлаждение раствора в испарительном конденсаторе улучшает работу расположенного ниже по потоку абсорбера, а именно, увеличивая количество аммиака, которое может быть передано в раствор.Another advantage is that the ability of the lean solution to absorb gaseous ammonia depends not only on the concentration of ammonia in the solution, but also on the temperature of the solution. In particular, a lower temperature corresponds to a higher ammonia absorption capacity. Therefore, cooling the solution in the evaporative condenser improves the performance of the downstream absorber, namely by increasing the amount of ammonia that can be transferred to the solution.
Другим преимуществом изобретения является то, что сэкономленная охлаждающая вода, более не требующаяся абсорберу, может быть направлена на другие нужды. Например, в установке синтеза аммиака сэкономленная охлаждающая вода может быть использована для придания дополнительной охлаждающей способности в одной или более водоаммиачной холодильной установке (AARP), или в Li-Br абсорбционном блоке.Another advantage of the invention is that the saved cooling water, which is no longer required by the absorber, can be used elsewhere. For example, in an ammonia synthesis plant, the saved cooling water can be used to provide additional cooling capacity in one or more ammonia water refrigeration units (AARP), or in a Li-Br absorption unit.
Преимущества изобретения будут более понятны при ознакомлении с приведенным ниже подробным описанием, относящимся к предпочтительному варианту осуществления.The advantages of the invention will be better understood on reading the following detailed description relating to the preferred embodiment.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Below the invention is discussed in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг. 1 представлена упрощенная схема водоаммиачной абсорбционной холодильной установки в соответствии с уровнем техники;in fig. 1 is a simplified diagram of a water-ammonia absorption refrigeration plant in accordance with the prior art;
на фиг. 2 представлена схема, показанная на фиг. 1, измененная в соответствии с вариантом осуществления изобретения;in fig. 2 is the diagram shown in Fig. 1 modified in accordance with an embodiment of the invention;
на фиг. 3 изображен другой вариант осуществления изобретения;in fig. 3 shows another embodiment of the invention;
на фиг. 4 изображен другой вариант осуществления изобретения.in fig. 4 shows another embodiment of the invention.
Подробное описание осуществления изобретенияDetailed description of the invention
На фиг. 1 показана водоаммиачная абсорбционная холодильная система, включающая: аммиачный испаритель 1, абсорбер 2, десорбер 3 с теплообменником 4, конденсатор 5, насос 6 раствора аммиака, клапаны 7 и 8 сброса давления.In FIG. 1 shows a water-ammonia absorption refrigeration system, including: an
Жидкий аммиак 10 испаряется в аммиачном испарителе 1. При испарении жидкого аммиака 10 образуется газообразный аммиак (пары аммиака) 11 и происходит охлаждение потока 12, с созданием охлаждающего эффекта. Потоком 12 является, например, технологический поток из реакции синтеза аммиака.
Газообразный аммиак 11 поглощается в абсорбере 2 в обедненном водном растворе аммиака 13. Смесь газообразного аммиака и обедненного раствора отдает тепло в охлаждающую воду 14 абсорбера 2. Этим абсорбером 2 является, например, кожухотрубный аппарат, в котором охлаждающая вода циркулирует в его трубном пространстве.
Обогащенный раствор 15 аммиака отводится из абсорбера 2. Этот обогащенный раствор 15 нагнетается насосом 6 раствора аммиака в теплообменник 4 и далее в десорбер 3.
Подаваемый насосом 6 обогащенный раствор 16 высокого давления подогревается в теплообменнике 4 и попадает в десорбер 3.The enriched high-
Этот десорбер 3 извлекает газообразный аммиак 17 из обогащенного раствора и восстанавливает обедненный раствор аммиака 18. Для процесса десорбции требуется поступление тепла, которое создается теплоносителем 19, например, потоком низкого давления.This
Десорбером 3 в предпочтительном варианте осуществления может служить ректификационная колонна, в которой газообразный аммиак выходит через верх колонны, а регенерированный обедненный раствор отводится из ее нижней части.
Обедненный водный раствор аммиака 18 подогревает поступающий обогащенный раствор в теплообменнике 4 и, после снижения давления в клапане 8 сброса давления, образует поток 13 обедненного раствора, направленный в абсорбер 2.The depleted
Газообразный аммиак 17, извлеченный из десорбера 3, конденсируется в конденсаторе 5, которым, например, является конденсатор с воздушным охлаждением. В полученном таким образом жидком аммиаке 20 высокого давления снижают давление посредством клапана 7 сброса давления с образованием потока 10 жидкого аммиака, направленного в испаритель 1.The
Перед конденсацией в конденсаторе 5 может выполняться стадия охлаждения газообразного аммиака 17. Кроме того, может происходить регенерация тепла между жидким аммиаком 10 и газообразным аммиаком 11.Before condensation in the
Следует понимать, что основная энергия из процесса поступает с теплоносителем 19, который обеспечивает теплом регенерацию обедненного раствора. С другой стороны, в процессе передается значительное количество тепла в охлаждающую воду 14 и, таким образом, требуется большое количество этой воды.It should be understood that the main energy from the process comes from the
Испаритель 1 и абсорбер 2 работают при первом давлении, а десорбер 3 и конденсатор 5 работают при втором давлении, превышающем первое. Насос 6 и клапаны 7, 8 определяют уровень высокого давления и низкого давления в процессе. В обычных вариантах осуществления, низкое давление составляет в интервале от 100 до 450 кПа, а высокое давление составляет в интервале от 900 до 1400 кПа.
На фиг. 2 представлена схема, измененная в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На фиг. 2 использованы те же цифровые обозначения, что и на фиг. 1, для соответствующих признаков, которые поэтому не требуется описывать снова.In FIG. 2 is a diagram modified in accordance with an embodiment of the invention. In FIG. 2 uses the same numerals as in FIG. 1 for the corresponding features, which therefore do not need to be described again.
Между испарителем 1 и абсорбером 2 устанавливается испарительный конденсатор 30. Этот испарительный конденсатор относится к низконапорной части установки, т.е., работает приблизительно при том же давлении, что и абсорбер.An
Испарительный конденсатор 30 содержит змеевик 31 и распылитель 32. Вода 33 собирается с нижней части конденсатора 30 и распыляется на змеевик 31 насосом 34. Испарительный конденсатор 30 также имеет впуск для окружающего воздуха 35.The
Газообразный аммиак 11 и обедненный раствор 13 смешиваются для формирования двухфазной смеси 36, которая подается в змеевик 31. Протекая по трубке 31, смесь 36 охлаждается и частично конденсируется благодаря передаче тепла воде 33, распыленной на змеевик 31, которая частично испаряется.
Распыленная вода падает вниз в противотоке и в прямом контакте с воздухом 35. В результате, некоторое количество водяного пара передается в воздух, увеличивая его влажность, а температура воды снижется. Воздух покидает конденсатор в виде воздушного потока 37, имеющего большую влажность, чем входной поток 35. Предпочтительно, выходящий поток 37 является насыщенным или близким к насыщенному.The atomized water falls down in countercurrent and in direct contact with the
Вода 33 заключена в замкнутом контуре, за исключением добавления 38, компенсирующего количество, передаваемое воздуху.The
Охлажденная и частично сконденсированная двухфазная смесь выходит из испарительного конденсатора 30 в виде потока 39, направляемого к расположенному далее в технологической цепи абсорберу 2.The cooled and partially condensed two-phase mixture exits the
Должно быть понятно, что тепло, которое может быть отведено испарительным конденсатором 30, зависит, в конечном итоге, от температуры окружающего воздуха 35 по шарику влажного термометра. Температура шарика влажного термометра зависит от температуры и влажности в соответствии с известным соотношением.It should be understood that the heat that can be removed by the
Например, если температура окружающего воздуха 35 составляет 28°С и относительная влажность составляет 65%, температура на влажном шарике равна 22,5°С. Если принять перепад температуры на концах испарительного конденсатора равным 14°С, поступающая смесь 36 может быть охлаждена примерно до 36,5°С.Смесь 36 в большинстве случаев имеет температуру в интервале от 45 до 65°С. Это означает, что испарительный конденсатор 30 может значительно снизить температуру смеси 36 и, таким образом, может значительно сократить производительность абсорбера и количество охлаждающей воды 14, требующейся для его работы.For example, if the
Например, поступающая смесь имеет паровую фракцию примерно 12%, в то время как в выходной смеси 39 паровая фракция составляет примерно от 6% до 7%.For example, the incoming mixture has a vapor fraction of about 12%, while the
При определенных условиях пониженной температуры воздуха, испарительный конденсатор может позволить отвести от смеси значительное количество тепла, не используя воду 33. В этом случае, распыление воды 33 может быть временно прекращено, в результате чего испарительный конденсатор будет работать как аппарат воздушного охлаждения.Under certain conditions of reduced air temperature, the evaporative condenser can allow a significant amount of heat to be removed from the mixture without using
Изобретение может быть применено для модернизации установки синтеза аммиака, включающей водоаммиачную холодильную установку (AARP), как это показано на фиг. 1. Потоком 12 в этом случае является технологический поток процесса синтеза аммиака. Например, потоком 12 может быть горячий подпиточный газ (содержащий N2 и Н2) для синтеза аммиака, или аммиачный газ, получаемый в аммиачном конвертере.The invention can be applied to retrofit an ammonia synthesis plant including an ammonia water refrigeration plant (AARP) as shown in FIG. 1.
Способ модернизации может включать установку испарительного конвертера 30 между аммиачным испарителем 1 и абсорбером 2, и соответствующие трубные соединения, например, как на фиг. 2.The retrofit method may include installing an
Обедненный раствор 13 и газообразный аммиак 11 могут смешиваться в подходящем устройстве.The
На фиг. 3 иллюстрируется вариант осуществления, где для смешивания обедненного раствора и газообразного аммиака, направленных в конденсатор 30, используется эжектор 40.In FIG. 3 illustrates an embodiment where an
В частности, в показанном варианте осуществления, в эжектор 40 подается только часть 13а обедненного раствора. Оставшаяся часть 13b обедненного раствора направляется в абсорбер 2, где он распыляется в межтрубное пространство распылителем 41.In particular, in the embodiment shown, only a
Отходящий поток 39 испарительного конденсатора 30 подается в газожидкостный сепаратор 42. Жидкая фракция 43 направляется в распылитель 41 вместе с обедненным раствором 13b, в то время как газовая фракция 44 подается в межтрубное пространство для конденсации.The
Фиг. 4 иллюстрирует другой вариант осуществления, в котором используется контактная камера 50, установленная перед испарительным конденсатором 30. В контактной камере 50 газообразный аммиак 11 вводится в контакт с обедненным раствором 13а. Смесь 36, направляемая в испарительный конденсатор 30, отбирается из камеры 50. Поток газообразного аммиака 51, выходящий сверху камеры 50, направляется в межтрубное пространство абсорбера 2. Отходящий поток 39 испарительного конденсатора 30 смешивается с обедненным раствором 13b, формируя жидкий питательный поток, распыляемый в абсорбере 2 распылителем 41.Fig. 4 illustrates another embodiment that uses a
ПримерExample
Далее приводится пример для сравнения. В Таблице 1 приведены данные для базовой схемы в соответствии с уровнем техники (фиг. 1), в то время как Таблице 2 приведены данные варианта осуществления изобретения в соответствии с фиг. 2. Сравнение показывает, что требуемое количество охлаждающей воды (поток 14) сокращено на 50%.The following is an example for comparison. Table 1 shows the data for the basic circuit according to the prior art (FIG. 1), while Table 2 shows the data for the embodiment of the invention according to FIG. 2. The comparison shows that the required amount of cooling water (stream 14) is reduced by 50%.
Claims (26)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP18194995.9 | 2018-09-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776906C1 true RU2776906C1 (en) | 2022-07-28 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2125213C1 (en) * | 1993-06-15 | 1999-01-20 | Филлипс Инджиниринг Ко. | Generator-tyre absorption heat exchange apparatus for transfer of heat and method of operating it in thermal pump |
UA89429C2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-01-25 | Национальный Университет Кораблестроения Имени Адмирала Макарова | Absorption refrigerating machine with ejector |
EP2466229A1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-06-20 | Marco Guerra | Self-adapting multi-stage absorption heat pump |
EP2622285B1 (en) * | 2010-09-29 | 2016-05-11 | Sunengen Limited | Vapour absorption refrigeration |
DE102017100281B3 (en) * | 2017-01-09 | 2017-11-16 | Ago Ag Energie + Anlagen | Absorption process and machine for the use of industrial waste heat |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2125213C1 (en) * | 1993-06-15 | 1999-01-20 | Филлипс Инджиниринг Ко. | Generator-tyre absorption heat exchange apparatus for transfer of heat and method of operating it in thermal pump |
UA89429C2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-01-25 | Национальный Университет Кораблестроения Имени Адмирала Макарова | Absorption refrigerating machine with ejector |
EP2622285B1 (en) * | 2010-09-29 | 2016-05-11 | Sunengen Limited | Vapour absorption refrigeration |
EP2466229A1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-06-20 | Marco Guerra | Self-adapting multi-stage absorption heat pump |
DE102017100281B3 (en) * | 2017-01-09 | 2017-11-16 | Ago Ag Energie + Anlagen | Absorption process and machine for the use of industrial waste heat |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2220387C1 (en) | Method of extraction of propane at high yield and device for realization of this method | |
RU2508158C2 (en) | Method and device for separation of carbon dioxide from offgas at electric power station running at fossil fuel | |
JP2012529364A (en) | Method and recycling device for recycling CO2 absorbent | |
RU2695209C1 (en) | Apparatus for regenerating an aqueous solution of methanol | |
JP2023004972A (en) | Extractive distillation column system and the use thereof in the separation of butenes from c4-hydrocarbon streams | |
RU2724051C2 (en) | Ammonia synthesis unit modernization method | |
UA127522C2 (en) | Aqua-ammonia absorption refrigeration system | |
RU2735052C2 (en) | Method of absorption and cooling system modernization | |
US4149857A (en) | Process for the two-stage separation of ammonia | |
RU2758404C2 (en) | Chemical plant, in particular, for synthesis of ammonia, containing absorption refrigeration unit | |
RU2776906C1 (en) | Ammonia-water absorption cooling system | |
JP3353101B2 (en) | Absorption heat pump | |
JP6307279B2 (en) | Carbon dioxide gas recovery device and recovery method | |
RU2659991C2 (en) | Method of absorption distribution of carbon dioxide from gas mixtures by absorbents containing water solutions of amines | |
EP3964769A1 (en) | Aqua-ammonia absorption refrigeration process and method of revamping | |
CN110813028A (en) | Method and device for removing acid gas components from a gas mixture | |
RU2797945C1 (en) | Method for producing methanol from natural gas and installation for its implementation | |
RU2775682C1 (en) | Method for low-temperature preparation of natural gas and extraction of hydrocarbon condensate | |
RU2329859C2 (en) | Method of increasing pressure of carbon dioxide in course of its absorptive discharge from gaseous mixtures | |
RU2775682C9 (en) | Method for low-temperature preparation of natural gas and extraction of hydrocarbon condensate | |
JP2013539007A (en) | Vapor absorption refrigeration | |
RU2695211C1 (en) | Method of regenerating aqueous solution of methanol | |
RU2224581C1 (en) | Installation of carbureted hydrogen gas pretreatment | |
EP3321604A1 (en) | Refrigeration system and related method of revamping | |
RU2329858C2 (en) | Method of boosting pressure of carbon dioxide in course of its absorptive discharge from gaseous mixture (thermosorbate compressor) |