ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Промышленные эксперименты по снижению рецикла воды

С целью изучения практических возможностей для снижения рецикла воды при производстве карбамида по схеме с жидкостным рециклом были проведены [82 ] промышленные экс­перименты в одном из действующих цехов. Результаты этих экс­периментов излагаются ниже.

Технологическая схема промышленного цеха, в котором про­ходили опыты, включает стадии кристаллизации карбамида из раствора и центрифугирования суспензии с последующей пере­дачей части маточника —• насыщенного раствора карбамида с при­месью биурета в зону синтеза. Другая особенность упомянутого цеха — отсутствие узла десорбции, вследствие чего растворы NH3 и С02 из хвостового абсорбера и дренажных емкостей перерабаты­вают через систему жидкостного рецикла и узел синтеза (W як « 0,7—0,8).

При проведении экспериментов по снижению рецикла воды в реактор постепенно уменьшали производительность карбамат­ных насосов, перекачивающих рециркулируемый РУАС, при стро­гом соблюдении нормального технологического режима работы всего агрегата синтеза карбамида. Одновременно, чтобы предот­вратить повышение уровня в промывной колонне, снижали рас­ход аммиачной воды на ее орошение, а также подачу жидкостного потока из хвостового абсорбера и маточного раствора в зону кон­денсации-абсорбции газов дистилляции низкого давления (при этом неизбежно некоторое увеличение объема жидкости в дренаж­ных и других емкостях). В результате при проектной производи­тельности агрегата количество рециркулнруемого раствора УАС было снижено примерно в 1,5 раза и функционировал лишь один карбаматный насос (вместо двух в обычной практике эксплуата­ции цеха). При снижении рецикла воды достигнуты следующие показатели работы колонны синтеза: Рс = 21,5 МПа; 4 = 190 °С; L = 4,05; W = 0,23; U = 0,09; = 70,3%; Пуд = 521 кг/(м3 ч).

Из результатов проведенных опытов следует, что в действую­щих цехах величину W в принципе можно снизить в несколько раз.

О концентрации РУАС принято судить по содержанию С02(Ссо2) либо по массовому соотношению Н20 : С02(до). Обычно в действующих цехах w > 0,6—0,9. В проведенных опытах, как это следует из данных табл. III.5, значение w достигало 0,3—0,4. В этой же таблице приведены вычисленные по уравнению (III.23) значения температуры кристаллизации РУАС с примесью карба­мида (4Рист) в сравнении с фактической температурой t, при ко­торой раствор поступал во всасывающую линию карбаматного на­соса. Обе температуры близки между собой. Тот факт, что в ком­муникациях и оборудовании не выпадали кристаллы УАС, не­смотря на высокие значения 4рист, можно объяснить известной из лабораторных опытов [361 склонностью раствора УАС и кар­бамида к переохлаждению.

В ходе излагаемых промышленных экспериментов был также испытан [82] способ переработки в узле дистилляции II ступени водного раствора УАС и карбамида из хвостового абсорбера. Со­держание NH3 в этом потоке составляло 5 — 10%, С02—3 — 8%, CO(NH2)2 — 18ч-30%. Предварительно были приняты меры, обес­печивающие некоторое снижение количества рециркулируемого в зону синтеза РУАС и повышения хв, что привело к уменьшению содержания неконвертированных реагентов в плаве синтеза, на­правляемом на дистилляцию. Затем в узел дистилляции II сту­пени направили из хвостового абсорбера часть жидкостного по­тока. Плавно увеличивая расход последнего, при проектной на­грузке агрегата и без нарушений нормального технологического режима норму переработки в узле дистилляции II ступени жид­костного потока из хвостового абсорбера довели до 100%. Исклю­чение указанного потока из системы жидкостного рецикла при­вело к существенному (по сравнению с обычным для цеха уров­нем) снижению W — до 0,4—0,5. Испытанный способ принят для постоянного использования в практике эксплуатации цеха. Как показали расчеты, количество перерабатываемого в узле дистил­ляции II ступени раствора можно увеличить при условии повыше­ния температуры последнего. Для этого целесообразно утили­зировать теплоту абсорбции-конденсации газов дистилляции, на­пример, в выносном барботере промывной колонны.

Таким образом, в результате проведения промышленных экс­периментов доказана практическая возможность существенного снижения W путем переработки части РУАС в системе дистилля­ции, минуя узел синтеза.

На рис. III.9 приведена номограмма для определения удель­ного (в расчете на 1 т карбамида) количества рециркулируемого раствора УАС (?рудс) в зависимости от основных характеристик процесса синтеза и состава УАС [82]. При построении номограммы были использованы зависимости W—w—хв [83] и I = f (w) [35]; для зоны образования РУАС принято давление 1,569 МПа и тем­пература 95 °С. Данные, относящиеся к W = 0,25, получены экс­траполяцией результатов расчетов при W — 0,4—1,2. Пунктир­ные линии постоянных значений L проведены на основании дан-

Ных [84] зависимости хв—L—W при удельной нагрузке по С02 полого (без массообменных перегородок) реактора синтеза qco = = 400 кг/(м3-ч), /с = 190 °С, Рс = 18,63 МПа. Номограммой можно пользоваться и при иных конструкциях реактора, и при любых других значениях 4, Рс Qco2* учитывая лишь, что соответ­ствующие значения L также изменятся. Номограмма относится к наиболее характерному для большинства действующих цехов условию формирования рециркулнруемого РУАС, когда примесь карбамида в растворе отсутствует, либо его содержанием можно пренебречь. Номограмма характеризует масштаб жидкостного ре­цикла и позволяет оценить нагрузку карбаматных насосов в за­висимости от хв, W и ССо,-

В рециркулируемом РУАС без примеси карбамида, согласно политерме системы NH3—С02—Н20, построенной Енеке [38], предельно допустимое значение ССо2 составляет 38,0—38,5%. Дальнейшее повышение ССо2 невозможно из-за неизбежности выпадения твердых кристаллов и нарушения гомогенности рас­твора. Судя по номограмме зависимости <7руас—хв, это означает, что применительно к обычной схеме с жидкостным рециклом, к ко - 140
торой относится номограмма, минимальное значение W « 0,45 и не может быть снижено без усовершенствования технологии. С учетом результатов промышленных экспериментов по снижению рецикла воды перспективными усовершенствованиями следует считать технологические приемы переработки РУАС из зоны аб­сорбции газов дистилляции II и III ступени в узле дистилляции I либо II ступени, а также введение карбамида в состав рециркулн­руемого РУАС.

Проведенные промышленные эксперименты по снижению ре­цикла воды открывают перспективу повышения эффективности основного оборудования узлов синтеза и дистилляции, а также предпосылки для снижения энергетических затрат.