УСТАНОВКА КОМПРИМИРОВАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА

Предлагаемое техническое устройство относится к оборудованию производств аммиака и карбамида, а конкретно к установкам компримирования диоксида углерода до давления 15 МПа.
2
Известны [Справочник азотчика. В 2-ух томах. Т.2. - М.: Химия, 1969. - 444 с.] компрессорные установки для сжатия газообразного диоксида углерода до 15 МПа перед подачей его в агрегат синтеза карбамида. Они создаются на базе поршневых или центробежных компрессоров, но могут быть комбинированными и использовать оборудование разных типов, например, вначале для сжатия CO от 0,1 МПа до 3 МПа - центробежный компрессор, а затем для его окончательное сжатия от 3 МПа до 15 МПа - поршневой компрессор.
2
2
Недостатком известных установок являются высокие удельные затраты энергии на компримирование CO. При его сжатии в одном или группе компрессоров они составляют 0,135-0,145 кВт·ч/кг CO.
Наиболее близки по рассматриваемой сущности компрессорно-холодильные установки ожижения диоксида углерода, представленные в [Пименова Т.Ф. Производство и применение сухого льда, жидкого и газообразного диоксида углерода. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. С.79]
Они включают компрессор трехступенчатого сжатия газообразного диоксида углерода, промежуточные холодильники для съема тепла после каждой ступени сжатия, блок осушки и сепаратор выделения сжиженного углекислого газа.
Существенным недостатком этих установок является:
- получение жидкого диоксида углерода с температурой окружающей среды и давлениями 6,0-7,0 МПа, которые ниже давления 15 МПа, необходимого для производства карбамида;
- получение жидкого диоксида углерода с давлениями 1,6-1,8 МПа, существенно уступающими тому значению давления (15 МПа), которое необходимо для производства карбамида.
2
Технической задачей заявляемой полезной модели является компрессорно-насосная установка, в которой возможно эффективное сочетание процессов получения жидкого CO и подачи его с необходимым давлением в агрегат синтеза карбамида.
Поставленная задача решается с помощью установки компримирования диоксида углерода, включающей углекислотный компрессор, блок осушки, рекуперативный теплообменник и сепаратор низкотемпературного жидкого диоксида углерода, причем перевод компримированного газообразного диоксида углерода в жидкое состояние достигается за счет съема и рекуперации тепла в рекуперативном теплообменнике, охлаждаемом бромистолитиевой холодильной машиной, с дальнейшим разделением жидкого и газообразного диоксида углерода в сепараторе и сжатием сжиженного диоксида углерода до давления 15 МПа в плунжерном низкотемпературном насосе.
Принципиальная схема предлагаемой установки ожижения диоксида углерода приведена на фиг.1.
Пример
2
2
Газообразный диоксид углерода сжимается в компрессоре 11 до давления 1,7 МПа, проходит блок осушки 10 и охлаждается в рекуперативном теплообменнике 9. В конденсаторе 6 он переходит в жидкое состояние за счет холода жидкого аммиака, поступающего в конденсатор аммиака 4. Сжиженный диоксид углерода направляется в сепаратор 7 для отделения несконденсированных газов, которые подаются на регенерацию и охлаждение блока осушки 11, а затем сбрасываются в атмосферу. Жидкий CO, отводимый из сепаратора 7, сжимается в низкотемпературном плунжерном насосе 8 до давления 15 МПа, затем газифицируется в рекуперативном теплообменнике 9 за счет подвода тепла от компримированного в компрессоре 11 газообразного CO и далее подается на производство карбамида.
Жидкий переохлажденный аммиак с температурой -34°С при давлении 1,7 МПа, нагревается в конденсаторе диоксида углерода 6 до температуры минус 15°С и поступает в конденсатор аммиака 4. В свою очередь, теплый аммиак (рециркулирующий поток) с температурой +40°С при давлении 1,7 МПа переохлаждается до +15°С в водяном теплообменнике 1 абсорбционной бромистолитиевой машины 2, после чего направляется в ресивер жидкого аммиака 5. Абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, потребляя водяной пар низкого потенциала с давлением 0,35-0,6 МПа вырабатывает холодную воду с температурой 5-7°С, которой и охлаждает теплообменник 1.
В ресивере 5 происходит смешение рециркулирующего потока жидкого аммиака со свежей порцией холодного аммиака, который нагревается в конденсаторе паров аммиака 4 до температуры +30°С. При этом несконденсированные примеси (инерты) отводятся на свечу после предварительной очистки их от остаточных паров аммиака (на схеме не показано).
Из ресивера 5 жидкий аммиак при температуре +30°С и давлении 1,7 МПа подается на сжатие в плунжерный аммиачный насос высокого давления 3, который сжимает его до 15 МПа и подает на синтез карбамида.
3
Предлагаемая схема производства жидкого диоксида углерода (за счет холода низкотемпературного потока жидкого NH) и подачи его насосом на синтез карбамида обладает следующими преимуществами:
2
2
2
2
2
Во-первых, газообразный CO сжимается в компрессоре только до 1,7 МПа, а не до более высоких давлений, как в традиционной схеме. Во-вторых, конденсация CO осуществляется за счет полезного использования холода переохлажденного жидкого аммиака, подаваемого на производство карбамида, т.е. без энергозатрат на производство холода. В-третьих, после конденсации CO из сепаратора удаляются в атмосферу неконденсирующиеся газы (инерты). Это способствует получению чистого CO без примесей, снижению работы его сжатия, а также получению карбамида высокого качества. В-четвертых, дальнейшее сжатие жидкого СО осуществляется в насосе до давления синтеза карбамида. Работа сжатия насоса более, чем на порядок, ниже работы сжатия компрессора от 1,7 МПа до 15 МПа. В-пятых, снижается на 50% расход воды на охлаждение углекислотного компрессора.
3
2
Указанная компрессорно-насосная установка, создаваемая в составе агрегатов синтеза аммиака и карбамида, позволяет при нагреве холодного аммиака от -30°С до -15°С при давлении 1,7 МПа в количестве 41 т/ч произвести 11 т/ч жидкого диоксида углерода с давлением 15 МПа, что соответствует объемному расходу 6000 нм/ч. Удельный расход электроэнергии на сжижение и компримирование CO до давления 15,0 МПа составляет 0,1 кВтч/кг, что на 25% ниже затрат энергии в установке- прототипе.