Комбинированная нагревательная установка для использования вторичного низкопотенциального тепла производства карбамида

 

Использование: потребление вторичного низкопотенциального тепла производства карбамида на комбинированной установке, содержащей линии горячей оборотной воды. Сущность изобретения: установка содержит пять rpyrfrir линий нагретой оборотной воды с понижающимся теплосодержанием потоков. Первая группа линий связана с теплообменниками и компрессионной холодильной машиной, вторая -с испарительным агрегатом, которым служит узел мгновенного вскипания для испарения сточных вод произЁодственного цикла. Концевая ступень узла посредством теплообменника-подогревателя подключена к воздушному холодильнику. Узел мгновенного вскипания также параллельно связан с генератором холодильной машины и с контуром внешнего потребителя тепла. Кроме того третья и четвертая группа линий связаны посредством теплообменника-подогревателя с контуром обессоливания речной воды, также включающим узел мгновенного вскипания, а пятая группа линий связана с помощью теплообменников с испарителем абсорбционной холодил ьной машины или с контуром горячего водоснабжения. Установка позволяет сократить водопотребление и энергетические затраты технологического процесса. 1 табл., 2 ил. сл ч| 00 ю СА)

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4842578/04 (22) 27;03.90 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 . Г (71) Одесское отделение Научно-технического инженерного центра водных проблем

"Водообработка" Института коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского (72) Б.И.Псахис, А.А,Елкин, Л..Д.Приходько, В.А.Крушев и Ю.Ф.Курбатов (73) Б.И.Псахис, А.А.Елкин, Л,Д.Приходько, В.А.Крушев и Ю.Ф.Курбатов (56) Справочник азотчика. M. Химия, 1987, с.266-278.

Горловский Д.М, и др. Хим.пром. 1979.

М 2; с. 93-96.

Постоянный технологический регламент производства карбамида (агрегат М 1), — Одесса: Одесский припортовый завод, 1987. документ М 61-01-06, с. 487, (54) КОМБИНИРОВАННАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ВТОРИЧНОГО НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО

ТЕПЛА ПРОИЗВОДСТВА КАРБАМИДА (57) Использование: потребление вторичного низкойотейцйального тепла: производства карбам ида на комбинирован ной

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре с прйменением теплоносйтелей, в частности к установке потребления тепловой энергии горячей воды в системе водооборотного цикла производства карбамида, и может быть использовано в химической технологйи.

» Ы, 1782303 АЗ (я)5 F 25 В 30/06, С 07 С 273/04

2 установке, содержащей линии горячей оборотной воды. Сущность изобретения: установка содержит йять груп"лиййй нагретой

- оборотной воды с понижающимся теплосодержанием потоков. Первая группа линий связана с теплообменниками и компрессионной холодильной машиной, вторая — с испарительным агрегатом, которым служит. узел мгновенно 0 вскипания для испарения сточных вод производственного цйкла, Кон: цевая ступень узла посредством- теплообменника-подогревателя "подключена к воздушномухолодильнику. Узел мгновенного вскипания также параллельйо связан с генератором холодильной машины и с кон/ турдм внешнего потребителя тепла. Кроме того третья и четвертая группа линий связаны посредством теплообменйика-подогревателя с контуром обессоливания речной воды, также включающим узел мгНовенного вскипания, а пятая-tðóïéà линйй связана с помощью теплообменников с испарителем абсорбцйонной холодильной машины или с контуром горячего водоснабжения. Установка позволяет сократить водопотребление и энергетические затраты технологического процесса. 1 табл., 2 ил.

Промышленные агрегаты для получения карбамида характеризуются .большим потреблением воды, исйользуемой для сьема тепла технологйческих потоков на всех стадиях процесса. При этом одйа часть теплообменного оборудования предназначена для рекуперацйй тепла основных, побочных и промежуточных продуктов процесса син1782303

20

2 5

40

50 теза, а другая часть теплообменников работает с использованием в качестве теплоносителя (хладоагента) промышленной воды.

Для пополнения водооборотной системы хладоагентом агрегат карбамида средней мощности потребляет 2-3 м воды на 1 з т готового продукта. И при этом в промышленную канализацию поступает около 1 м /т з сточных вод с примесями карбамида.

Частичного сокращения водопотребления и ликвидации сточных вод достигают созданием в производстве карбамида внутреннего водооборотного цикла, включаю- щего градирню, Наиболее близким техническим реше- 1 нием является установка, в которой вся технологическая вода после ее использования в качестве хладоагента в теплообменной ап- . паратуре технологического цикла процесса получения карбамида подается на градирню для снятия избыточной тепловой энергии, после чего охлажденная вода вновь . возвращается в процесс, Известная установка для отвода тепла от технологических потоков содержит испарительную градирню или градирню сухого типа. При мощйости производства карбамида 320 тыс, тн/год в окружающую среду безвозвратно теряется избыточное тепло в количестве 50 Гкал/ч. K градирне подключены холодильники узла компрессии диоксида углерода, циркуляционный холодильник флегмы раствора карбамата узла дистилляции плава, конденсаторы I ступени и конденсаторы II ступени отпарки раствора 3 карбамйда, конденсатор и циркуляционный холодильник узла абсорбции газов дистилляции раствором углеаммониевых солей, хблодильник на линии сточной воды, KoH" денсаторы стадии охлаждения сточных вод после десорбции II ступени, холодйльники конденсата сокового пара и др. Схема известной установки представлена на фиг. 1, где: 1 — агрегат синтеза карбамида; 2 — технологические аппараты, в которых выделя- 4 ется или поглощается тепло; 3 теплообменное оборудование, нагреваемое (охлаждаемое) продукционными потоками или паром; 4 — теплообменное оборудова" ние, охлаждаемое оборотной водой из градирни; 5 — теплообменное оборудование. охла>кдаемое с помощью компрессионной холодильной установки; 6 - компрессионная холодильная установка; 7 —; 8 — насос. 5

К недостаткам известной установки следует отнести высокие затраты энергии и при этом слабое использование вторичных энергоресурсов, Кроме того, проявляется вредное воздействие работы градирен на окружающую среду, непроизводительно потребляется пресная вода и образуется значительное количество вредных промышленных стоков. . Цель изобретения — сокращение потерь тепла, предотвращение загрязнения теплопередающих поверхностей, уменьшение водопотребления и сокращение промышленных стоков.

Поставленная цель достигается тем, что отработанный хладоагент с узла компрессии охлаждается в сухой градирне, холодильники и конденсаторы I u II ступени отпарки раствора карбамида соединяются по продукционному потоку с дополнительными холодильниками, причем ото всех этих аппаратов тепло отводится в нагреватели установки мгновенного вскипания (для минерализации стоков), кипятильники абсорбционной холодильной машины и, частично, в аппараты воздушного охлаждения, Холодильники узла десорбции и конденсатор узла разложения карбамата низкого давления соединяются последовательно .с дополнительными теплообменниками. От продуктовых потоков в указанных аппаратах тепло отводится в подогреватели установки мгновенного вскипания, где деминерализуется питательная вода котлоагрегатов производства карбамида. Группа холодильников (конденсата, конденсатора пара) соединяется с дополнительно установленными теплообменниками и съем тепла осуществляется путем горячего водоснаб>кения агрегата карбамида. Холодильники (циркуляционные холодильники скруббера, абсорбера, сточных вод, концевой конденсатор) соединены с испарителем абсорбционной холодильной машины.

В результате все избыточное тепло процесса получения карбамида используется рационально. Исключение градирни предопределяет повышенную надежность работы технологических аппаратов, так как отсутствует коррозия теплообменных поверхностей (нет контакта с атмосферным воздухом), а также отсутствуют отложения солей на стенках аппаратов и биообрастания. Кроме того, отсутствие градирни исключает потребление пресной подготовленной воды на ее подпитку. Также исключаются потери воды в процессе ее испарения в градирне и при продувке градирни.

В отличие от установки прототипа предло>кенная установка исключает необходимость применения градирни. Согласно изобретения в системе внутреннего водооборотного цикла агрегата карбамида теплообменная аппаратура, предназначенная

1782303 для сьема тепла технологических потоков холодной водой, условно отнесена v 5 группам. В каждую из групп обьединяются аппараты с близкой энергетической нагрузкой по хладоагенту. 5

Установка работает в соответствии с схемой на фиг.2, где; 1 — агрегат синтеза; 2

-технологические аппараты и машины (компрессоры, скрубберы); 3 — теплообменное оборудование, нагреваемое (охлаждаемое) 10 продукционными потоками или паром; 4— теплообменное оборудование, охлаждаемое воздухом, теплоносителем в замкнутой системе утилизации тепла, а также абсорбционной холодильной машиной; 5 — тепло- 15 обменное оборудование, охлаждаемое с помощью компрессионной холодильной машины; 6 — компрессионная холодильная машина; 7 — узел мгновенного вскипания (УМВ) для упаривания стоков производства 20 карбамида; 8 — теплицы; 9 — абсорбционная холодильная машина (АХМ); 10 — внешний потребитель тепла (система горячего водоснабжения); 11 — узел мгновенного вскипания для обессоливания речной воды; 12,13 25 — подогреватели; 14,15 — дополнительные теплообменники, Первая группа.

Энергетическая нагрузка по отработанному хладоагенту(воде, нагретой до 45 С) в 30 количестве 653 м /ч составляет 3,8 МВт ч. з

Установка оборудована аппаратом воздушного охлаждения (АВО) с общей площадью теплообмена 7620 м, Регенерированный .2 хладоагент с температурой 40 С возвраща- 35 ют в процесс;

Вторая группа.

В теплоббменной аппаратуре генерируются тепловые потоки высокого потенциала, в связи с чем к установке кроме АВО 40 дополнительно подключен внешний водооборотный цикл, представляющий собой узел мгновенного вскипания (YMH) и внешние тепловые нагрузки (например, обогрев теплиц, отопление помещений и т.п.). В АВО 45 с общей площадью теплообмена 2940 м2, производительностью по воде 253 м /ч теплосьем составляет 1,47 МВт, Дополнительно устанавливают теплообменники с общей поверхностью теплообменз 310,5 м2. При 50 этом 17 МВт ч отвбдят оборотной водой, которую нагревают от 90 до 110 С и затем используют во внешнем водооборотном цикле следующим образом: 5 МВт потребляется генератором абсорбционной холо- 55 дильной машины и 12 МВт используется на узле мгновенного вскипания (УМВ) для упаривания сточных вод из технологического цикла с получением обессоленной воды или для бытовых нужд. Количество потребляемой при этом горячей воды с температурой

1100С составляет 731 мз/ч.

Третья группа.

Теплообменная аппаратура установки соединена со среднетемпературным технологическим оборудованием. Отработанный хладоагент с температурой 90 С содержит

12,11 МВт тепловой энергии. Для утилизации вторичного тепла подключают УМВ, где потребляется t0,6 МВт для термического обессоливания речной воды, Расходз теплойосителя в УМВ составляет 911 м /ч, начальная температура 90 С. Кроме того, остаточную тепловую энергию в количестве

1,51 МВт отводят с помощью ЛВО общей площадью теплообмена 3038 м и производительностью по воде 260 м /ч. Суммарная поверхность теплообмена в дополнительных теплообменниках составляет 176 м, Четверная группа.

Теплообменная аппаратура установки соединена с низкотемпературным технологическим оборудованием. Из внутреннего цикла водообеспечения отработанный хладагент поступает с температурой 70 С и после его регенерации возвращается в процесс с температурой 30 С, При этом теплосьем в количестве 2,99 МВт осуществляют за счет горячего (70 C) водоснабжения цехов (или другого потребителя внешнего водооборотного цикла). Расход горячей воды

172 м /ч.

Оставшаяся часть тепловой энергии в количестве 1,17 МВт снимается в испарителе абсорбционной холодильной машины (АХМ). Общая поверхность теплообмена в дополнительных теплообменниках 49,9 м2, Пятая группа.

Ус ановка подключена к низкотемпературным теплообменникам технологического цикла и использует тепло" низкого потенциала. Вся тепловая энергия в количестве 2,36

МВт отводится в испарителе АХМ. В технологический процесс возвращают хладагент с температурой 15 С.

Упаривание стоков производства карбамида производится на узле мгновенного вскипания с получением дистиллированной воды. Дистиллят используют в качестве технической воды, при этом сокращается водопотребление из горводопровода и значительно сокращаются стоки, содержащие готовый продукт. При этом циркуляцион ная вода поступает в основной подогреватель, где нагревается теплом горячей воды от 67 до 90 С, а вода при.этом охлаждается от 110 до 900С. В основной подогревател подается также исходная сточная вода с температурой 55 С. Подогре1782303 тая смесь циркуляционной и исходной воды проходит четыре последовательно соединенных испарителя, где за счет прогрессирующего вакуума часть воды испаряется, циркуляционная вода при этом охлаждается 5 до 40 С и циркуляционным насосом подается в конден атор испарителей, где нагревается до 67 С и поступает в основной подогреватель.

Конденсатор последнего 4-го испарите- 10 ля охлаждается оборотной водой, Образовавшийся в испарителях вторичный пар конденсируется на трубках конденсаторов испарителей, собирается в поддонах и поступает в коллектор дистиллята, откуда на- 15 сосом подается потребителю.

Таким образом, предСтавленные результаты показывают (табл.1), что в предлагаемой установке вся оборотная вода и вторичное тепло целиком используются для 20 производственных и бытовых нужд, в том числе для питания генератора холодильной машины, для обессоливания речной воды и для упаривания стоков карбамида в аппаратах мгновенного вскипэния. В результате 25 обеспечивается дополнительный выход продула и возврат очищенной сточной воды в производство. Дополнительное тепло можно использовать для отопления теплиц в зимнее время или других бытовых нужд. В 30 известной установке вся отработанная вода после теплообменного оборудования подается на градирню, что сопровождается большими потерями тепла и воды, Как следует из анализа табл.1, предло-. 35

>кенная установка получения карбамида дает возможность;

1, Рационально использовать вторичные энергоресурсы оборотной воды.

Обработка стоков на аппаратах мгно- 40 венного вскипания дает возмо>кность, за счет упарки сточных вод и отделения осадка. содержащего целевой продукт, дополнительно выделить 7,5 тыс.т карбамида в год и получить при этом 240000 м /год обессо- 45 ленной воды (что на известной установке теряется со стоками после градирни).

2. Избежать потерю воды, в то время как на йзвестной установке потери составляют

130,0 мз/ч. 50

-3, В предложенной установке процессы теплообмена в технологическом оборудовании осуществляются с помощью очищенного теплоносителя (глубокообессоленной, обескислороженной воды), что дает возмож- 55 ность избежать загрязнений поверхностей охлаждения s теплообменниках. На известной установке градирни подпитываются водой из рек, что приводит к использованию охлаждающей воды, содержащей минеральные соли и другие загрязнения. В результате ухудшается состояние поверхностей теплообмена, нарушается температурный режим теплообмена и сокращается продолжительность устойчивой работы аппаратов.

Следовательно, тепловая энергия, безвозвратно теряемая в градирнях в известной установке — прототипе, может быть успешно использована в предложенной установке для деминерализации подпиточной воды котлоагрегатов, упаривания минерализованных или засоленных стоков, опреснения морской воды или других производственных и бытовых нужд.

Формула изобретения

Комбинированная нагревательная установка для использования вторичного низкопотенциального тепла производства карбамида, включающая параллельные линии нагретой оборотной воды с понижающимся теплосодержанием потоков, причем первая группа линий связана с теплообменным оборудованием и компресссионной холодильной машиной, вторая группа линий— с испарительным агрегатом, о т л и ч э ю ща я с я тем, что, с целью сокращения энергетических затрат и снижения водопотребления, испарительный агрегат выполнен в виде узла мгновенного вскипания, в котором линии оборотной воды подключены к нагревателю, испаритель соединен с линиями сточных вод производственного цикла, а концевая ступень узла посредством теплообменникэ-подогревателя подключена к воздушному холодильнику, и, кроме того, узел мгновенного вскипания параллельно связан с генератором холодильной машины и со вспомогательным контуром потребителя тепла, а также установка дополнительно содержит третью, четвертую, и пятую группы линий оборотной воды, причем третья и четвертая группы связаны посредством теплообменников-подогревателей с вспомогательным контуром обессоливания речной воды, который также. содержит узел мгновенного вскипания с нагревателем, подключенным к линиям оборотной воды, а пятая группа линий посредством теплообменников связана с испарителем абсорбционной машины или с контуром горячего водоснабжения технического или бытового назначения.

1782303

Показатели работы установки использования вторичного тепла в производстве карбамида

Показатели установок

» 1У

4 10

13590

536,4

30,6 (35,5) 7,5

130,0

Производительность по оборотной воде, м /ч

Расход воздуха на охлаждение, м /ч

Площадь теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения, м

Площадь теплообмена дополнительных теплообменников,м

Количество утилизируемого тепла, мВт ч (Гкал/ч)

Количество возвращаемого продукта, тl год

Количество обессоленной воды, возвращаемой в процесс на установках мгновенного вскипания, м /ч

Экономический эффект от реализации предлагаемой установки, тыс.руб/год

Потребление воды, м /ч свежей оборотной

Сб ос сточной во ы, м /ч

Известная уста- Установка по изоновка б етению

1782303

Составитель Б.Псахис

Техред M,Mîðãåíòàë " Корректор М.Керецман

Редактор А. Бер

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4291 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям npui ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5