ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Потенциальные возможности снижения энергозатрат

Авторы [3] проанализировали принципиальные воз­можности повышения энергетического к. п. д. каждой из основ­ных стадий процесса производства карбамида и оценили расчет­ным путем, как эти возможности реализуются в современных энерготехнологических схемах, а также в перспективных схемах, которые еще не доведены до промышленного использования. При этом они исходили из того, что в соответствии с уравнениями реакций [22]

2NH3 газ+ С021 аз^NHaCOONH.1TB—157,6 кДж (VII.1)

NH2C00NH4TB^H2NC0NH21B + H20>K„nK + 26,5 кДж (VII.2)

Синтез Дистилляция Концентрирование

------------------------------------- —-------------------------------------- -»н

И

В идеализированном процессе без учета реакционных и фазовых равновесий при стандартных условиях (0,1 МПа, 25 °С) выде­ляется 131,1 кДж/моль тепла. Эта величина составит 91,1 кДж/моль в случае использования NH3 не в газообразном, а в жидком виде, а если еще учесть расход энергии на обезвоживание карбамида и выделение его из раствора в кристаллическом виде, останется лишь 47,9 кДж/моль. Принимая во внимание, что с целью гранули­рования кристаллический карбамид предварительно расплавляют, итоговое количество выделяемого тепла составит 24 кДж/моль. Таким образом, рассмотренный идеализированный процесс в це­лом экзотермический.

Можно представить другой идеализированный процесс, на стадии синтеза которого поддерживают температуру 200 °С и давление 25 МПа, причем дистилляцию и абсорбцию-конденса­цию неконвертированных NH3 и С02 осуществляют полностью при давлении синтеза и теплота конденсации целиком покрывает потребности дистилляции. С учетом затрат энергии на сжатие исходных реагентов до давления синтеза в таком идеализирован­ном процессе суммарная потребность в тепле составляет 5,4 кДж/моль, т. е. не намного отличается от нуля.

На стадии синтеза реального процесса затраты энергии на привод компрессоров диоксида углерода, аммиачных и карба­матных насосов составляют Qf 0, а тепловой эффект химиче - 244

Ских процессов Qs < 0. Затраты теплоты на дистилляцию плава синтеза Qd > 0, экзотермический эффект абсорбции-конденсации газов дистилляции Qr ■< 0. На стадии вакуум-концентрирования расходуется теплота Qc >0, а на стадии гранулирования отво­дится теплота с охлаждающим воздухом Qm ■< 0.

На рис. VII. 1 иллюстрируется распределение температур и давлений по стадиям процесса получения гранулированного кар­бамида (для схем с жидкостным рециклом типа «Стамикарбон» или «Мицуи Тоацу»). Из рисунка видно, что с учетом уровня температур на соответствующих стадиях процесса прямая утили­зация Qr для компенсации Qd при одном и том же давлении прак­тически невозможна. Выделяющуюся на стадии В' теплоту можно использовать лишь на стадиях D или Е. Для снижения или ре­куперации Qc или Qm, но мнению авторов [3], возможностей нет Наиболее целесообразно утилизировать Qs, характери­зующуюся самым высоким температурным уровнем.

Для различных технологических схем производства карбамида характерно большое разнообразие принятых значений tc, Рс и L в реакторе синтеза. В связи с этим авторы [3] рассчитали энергетические характеристики процесса в зависимости от зна­чений перечисленных параметров. Результаты расчета представ­лены в табл. VII.1.

Из таблицы видно, что с ростом температуры от 170 до 200 °С уменьшение Qd опережает увеличение Qf. В результате суммар­ные затраты энергии Qf + Qj по мере роста температуры сни­жаются. Это объясняется следующими причинами.

С ростом температуры давление синтеза также возрастает и увеличивается расход энергии на сжатие С02. Если этот расход при 10 МПа принять за единицу, то при 15 МПа он составит 1,09, при 20 МПа — 1,15, а при 25 МПа — 1,20 [3]. Значит, основная доля Qf—расход энергии на сжатие С02—с ростом темпера­туры и давления в реакторе синтеза меняется мало. В то же время при этом существенно увеличивается степень превращения хв и, как следствие этого, резко уменьшается Qd - Эта тенденция сохраняется при различных значениях L. Судя по данным табл. VII. 1, энергетически наиболее выгодно проводить синтез карбамида при высоких значениях t, Р, L.

Указанные условия реализованы в энерготехнологических схемах с жидкостным рециклом «Мицуи Тоацу» (модификации С и D), для которых также характерно повышение степени рекупе­рации Qr (в том числе для снижения Qc).

В противоположность этому в стриппинг-процессах «Стами­карбон» и «Снам Проджетти» снижение энергозатрат достигается благодаря снижению Qf, за счет относительно низкого давления синтеза, и высокому значению рекуперируемой Qn вследствие поддержания высокого давления на стадии дистилляции (тем самым компенсируется рост энергозатрат вследствие низкого значения*,,).

В табл. VI 1.2 приведены сведения об энергетических характе­ристиках различных схем получения карбамида. Из таблицы

Видно, что по удельному потреблению энергии современные энерго­технологические схемы различных фирм отличаются сравнительно мало; причем наименее энергоемки схемы с жидкостным рециклом «Мицуи Тоацу», характеризующиеся сравнительно высокими пара­метрами синтеза (/, Р, L). Следовательно, ставшие за последние годы весьма популярными стриппинг-процессы по расходу энерге­тических средств не имеют каких-либо радикальных преимуществ по сравнению с традиционными схемами.

К настоящему времени созданы разнообразные способы суще­ственного снижения Qf, Qth Q,, с одной стороны, и повышения степени утилизации Qs, Qr, Q,„, с другой. Некоторые из этих приемов, неразрывно связанные с совершенствованием и интенси­фикацией отдельных стадий производства, прежде всего, стадий получения плава синтеза, дистилляции плава и рекуперации непрореагировавших веществ, а также сжатия исходных NH3 и С02 до давления синтеза, уже были изложены в предыдущих главах. Здесь мы рассмотрим специальные средства и методы снижения энергетических затрат.