Способ и установка для получения водного раствора, содержащего мочевину
Изобретение относится способу получения водного раствора, содержащего мочевину, предназначенного для использования при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания и дымовых газов. Способ включает стадии, на которых осуществляют: промывку диоксидом углерода по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного непосредственно из или ниже по направлению потока секции извлечения мочевины установки для получения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, с получением, таким образом, первой паровой фазы, содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, и концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, и разбавление указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, водой до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины. Также предложены установка для получения водного раствора, содержащего мочевину (варианты) и способ модернизации существующей установки для получения мочевины (варианты). Изобретение позволяет значительно уменьшить расход энергии. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится, в общем, к способу получения водного раствора, содержащего мочевину, предназначенного для использования при удалении оксидов азота (Nox), присутствующих в газообразных продуктах сгорания, посредством их восстановления газообразным аммиаком.
В частности, настоящее изобретение относится к вышеуказанному способу, при осуществлении которого мочевину получают путем синтеза из исходных материалов - аммиака и диоксида углерода.
Настоящее изобретение относится также к установке для получения водного раствора, содержащего мочевину, на которой осуществляется вышеуказанный способ.
Как известно, международные законы о выбросах газов, образующихся при сжигании ископаемого топлива (газообразные продукты сгорания или дымовые газы) постоянно ужесточают требования к радикальному снижению содержания загрязняющих веществ в вышеуказанных газообразных выбросах, в том числе, в частности, оксидов азота (Nox), так как считается, что они являются причиной так называемых кислотных дождей.
С этой целью разработаны различные способы очистки газообразных выбросов, образующихся при сжигании ископаемого топлива. В частности, широкое применение находит способ селективного каталитического восстановления оксидов азота (Nox), более известный как СКВ (англ. SCR), который обеспечивает удаление значительного количества NO и NO2 из газообразных выбросов путем превращения их в соединения, нейтральные по отношению к окружающей среде, такие как азот и водяной пар.
Такой способ применяется, в частности, для радикального уменьшения содержания оксидов азота в выбросах газов от автомобилей большой грузоподъемности, в особенности, автомобилей с дизелями или дизельными двигателями с турбонаддувом.
Способ СКВ основан на следующих последовательных химических реакциях, ведущих к удалению оксидов азота путем реакции с аммиаком и кислородом, содержащимися в потоке, подлежащем очистке:
4NO + O2 + 4NH3 = 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O
NO + NO2 + 2NH3 = 2N2 + 2H2O
Все вышеуказанные реакции являются очень экзотермическими, и согласно оценкам температура потока газов, содержащего Nox в количестве 1000 част./млн, в процессе химического превращения повышается в среднем на 10-11°C.
Оптимальная область температур для способа СКВ находится в пределах 180°C-350°C. При температурах ниже 180°C химическое превращение является не полным, и, следовательно, невозможно обеспечить обычно требуемые результаты удаления оксидов азота, в то время как при температурах выше 350°C между аммиаком и кислородом, содержащимися в потоке газов, происходят нежелательные реакции, так что при 400°C имеют место потери примерно 5-10% аммиака, главным образом, в результате следующей реакции.
Протекание реакций, антагонистических по отношению к реакциям, связанным с очисткой, при температурах выше 350°C и практическая необходимость не допускать снижения температуры ниже минимальной рабочей температуры 200°C вызывает необходимость использовать для осуществления данного способа соответствующую каталитическую систему или катализатор; автомобили большой грузоподъемности самого последнего поколения, такие как, например, автомобили большой грузоподъемности с двигателями Евро 4 или Евро 5, как правило, оснащены такой каталитической системой или катализатором.
Что касается подачи аммиака, необходимого для осуществления способа СКВ, то, как известно, используют аммиак или мочевину в водном растворе с концентрацией обычно в пределах 15-35 мас.% на массу раствора.
Такой водный раствор с помощью распылительной насадки впрыскивают в поток очищаемых газов на стороне входа каталитической системы СКВ (или катализатора). На стороне входа каталитической системы может быть также установлено другое статическое смесительное устройство, которое обеспечивает необходимую турбулентность потока газов, способствующую распределению реагента.
В частности, общепринятым является использование мочевины в водном растворе в качестве реагента для осуществления вышеуказанного способа, так как при этом исключаются риски, связанные с транспортировкой или хранением аммиака или его водных растворов. В этом случае, аммиак, необходимый для очистки потока газов, получают разложением мочевины на месте в результате следующей реакции:
N2H4CO + H2O = 2NH3 + CO2
Реакция разложения является эндотермической и необходимое тепло обеспечивается очищаемыми газами (обычно имеющими температуру выше 300°C), что к тому же позволяет снизить температуру газов до оптимальных значений для осуществления способа СКВ, указанных выше.
Что касается получения мочевины в водном растворе, используемом для удаления оксидов азота, на известном уровне техники сначала предусмотрено получение мочевины путем синтеза в расплавленном виде или в виде гранул на обычных установках для получения мочевины, а затем разбавление мочевины водой до достижения в полученном водном растворе требуемой концентрации мочевины.
Таким способом можно получить конечный продукт (мочевину в водном растворе), который является особенно чистым и не содержит свободный аммиак (причем содержание аммиака нежелательно из-за его неприятного запаха и воздействия на окружающую среду), благодаря тому, что путем синтеза получают мочевину (в расплавленном виде или в гранулах) с очень высокой степенью чистоты (степень чистоты - не менее 99%).
Однако вышеуказанный способ связан с большим расходом энергии, поскольку для удаления аммиака в процессе получения расплавленной или гранулированной мочевины высокой степени чистоты необходимо концентрировать раствор мочевины, полученной путем синтеза, для того чтобы полностью удалить из него растворитель (воду), причем потом повторно вводить вышеуказанный растворитель на стадии разбавления расплавленной или гранулированной мочевины. Способ получения потока воды, содержащего мочевину, раскрыт, например, в WO 2006/096048.
Соответственно, техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы разработать и предоставить способ получения водного раствора, содержащего мочевину, для использования его при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания или дымовых газов, исходя из водного раствора мочевины, полученной путем синтеза, который устраняет вышеупомянутые недостатки известного уровня техники, в частности, вышеуказанный способ, при осуществлении которого имеется возможность, в основном удалить аммиак из вышеуказанного водного раствора мочевины, полученной путем синтеза, с меньшим расходом энергии по сравнению с известными способами.
В соответствии с настоящим изобретением эта техническая задача решена путем разработки способа получения водного раствора, содержащего мочевину, используемого для удаления оксидов азота из газообразных продуктов сгорания и дымовых газов, который отличается тем, что он включает следующие стадии:
- промывка диоксидом углерода по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак, полученного непосредственно из секции извлечения мочевины или ниже по направлению потока секции извлечения мочевины на установке получения мочевины, с получением первой паровой фазы, содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, и концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак;
- разбавление вышеуказанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, водой до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
Вышеупомянутая требуемая концентрация мочевины в водном растворе предпочтительно находится в пределах 15-35 мас.% от массы раствора.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак, подвергаемый по меньшей мере частично промывке диоксидом углерода, получают непосредственно из секции извлечения мочевины на установке для получения мочевины.
В другом варианте осуществления способ включает обработку водного раствора, полученного в секции синтеза установки для получения мочевины и содержащего мочевину, карбамат аммония и свободный аммиак, до разложения карбамата аммония, возможно, в присутствии инертного газа для отпарки в секции извлечения мочевины, с получением, таким образом, второй паровой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода, и указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак. При этом способ может далее включать рециркуляцию указанной второй паровой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода, в виде конденсата в секцию синтеза мочевины.
Выражение "секция извлечения мочевины" используется для обозначения части установки для получения мочевины, содержащей по существу стандартные устройства для очистки водных растворов мочевины, получаемых путем синтеза, с целью уменьшения содержания в этих растворах карбамата и свободного аммиака. Такие устройства включают по меньшей мере одно устройство для разложения карбамата или отпарной аппарат, который является аппаратом термического действия или, предпочтительно, функционирует с помощью инертного газа, используемого для испарения из раствора. Более того, давление в секции извлечения мочевины обычно ниже, чем в секции синтеза, в которой из аммиака и диоксида углерода получают мочевину.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак, подвергаемый по меньшей мере частично промывке диоксидом углерода, поступает из секции выпаривания, расположенной ниже по направлению потока вышеуказанной секции извлечения мочевины установки для получения мочевины.
С этой целью вышеуказанный концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак, подвергаемый по меньшей мере частично промывке диоксидом углерода, предпочтительно получают из выпарного аппарата в вышеупомянутой секции выпаривания, используемой для выпаривания концентрированного раствора мочевины, поступающего из секции извлечения мочевины на установке для получения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак.
Благодаря настоящему изобретению концентрированный водный раствор мочевины, полученный на установке для получения мочевины непосредственно из секции извлечения мочевины или ниже по направлению потока этой секции и все еще содержащий свободный аммиак, преимущественно подвергают, по меньшей мере частично, промывке диоксидом углерода, а не выпариванию, как при осуществлении известных способов, упомянутых выше.
Это позволяет получить большие преимущества относительно известного уровня техники, в том числе значительное снижение энергопотребления, обусловленное тем, что расход энергии на промывку диоксидом углерода меньше, чем требуется при выпаривании.
Более того, промывка диоксидом углерода преимущественно позволяет удалить гораздо большее количество свободного аммиака, содержащегося в вышеуказанном растворе, превращая его в более безопасный карбамат (с точки зрения воздействия на окружающую среду) и, возможно, переводя его частично в паровую фазу посредством выпаривания с помощью вышеуказанного диоксида углерода.
Поэтому концентрированный водный раствор мочевины, получаемый в результате промывки диоксидом углерода, в основном не содержит свободный аммиак и преимущественно может использоваться для удаления оксидов азота из газообразных продуктов сгорания после разбавления его водой до получения нужной концентрации мочевины в водном растворе (15-35 мас.% от массы раствора) и содержания аммиака ниже пороговых величин ощущения запаха, предпочтительно, ниже 150 част./млн.
Кроме того, следует отметить, что карбамат аммония, содержащийся в вышеуказанном водном растворе мочевины, во время использования вышеуказанного раствора для удаления Nox из газообразных продуктов сгорания преимущественно разлагается наряду с мочевиной, таким образом, вновь образуя диоксид углерода и аммиак, причем последний используется для удаления Nox.
Вышеуказанная техническая задача решена также путем создания установки для получения водного раствора, содержащего мочевину, используемого для удаления оксидов азота из газообразных продуктов сгорания или дымовых газов, на которой осуществляется вышеописанный способ, предлагаемый в изобретении.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения установка включает секцию синтеза мочевины и секцию извлечения мочевины, сообщающиеся друг с другом, и отличается тем, что она, кроме того, включает:
- секцию промывки диоксидом углерода, расположенную ниже по направлению потока вышеуказанной секции извлечения мочевины;
- питающий трубопровод, смонтированный между вышеуказанной секцией извлечения мочевины и вышеуказанной секцией промывки, для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного в вышеуказанной секции извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в вышеуказанную секцию промывки;
- трубопровод для подачи диоксида углерода в вышеуказанную секцию промывки;
- трубопровод для выпуска концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, из вышеуказанной секции промывки, и
- трубопровод для подачи воды, сообщающийся с вышеуказанным трубопроводом для выпуска из секции промывки, для разбавления вышеупомянутого концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, до получения требуемой концентрации мочевины в водном растворе.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения установка включает секцию синтеза мочевины, секцию извлечения мочевины и секцию выпаривания, включающую первый выпарной аппарат и второй выпарной аппарат; причем вышеуказанные секции сообщаются друг с другом, а установка отличается тем, что она, кроме того, включает:
- секцию промывки диоксидом углерода, расположенную ниже по направлению потока вышеуказанной секции извлечения мочевины;
- питающий трубопровод, смонтированный между вышеуказанным первым выпарным аппаратом и вышеупомянутой секцией промывки, для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного в вышеуказанном первом выпарном аппарате и содержащего остаточный свободный аммиак, в вышеупомянутую секцию промывки;
- трубопровод для подачи диоксида углерода в вышеупомянутую секцию промывки;
- трубопровод для выпуска концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, из вышеуказанной секции промывки, и
- трубопровод для подачи воды, сообщающийся с вышеуказанным трубопроводом для выпуска из секции промывки, для разбавления вышеупомянутого концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, с целью получения требуемой концентрации мочевины в водном растворе.
Предлагаемая в настоящем изобретении установка для получения водного раствора, содержащего мочевину, может быть выполнена по новому проекту или предпочтительно может быть создана на базе уже существующей установки для получения мочевины путем синтеза.
В последнем случае, в соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения предоставлен способ модернизации (реконструкции) уже существующей установки для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающей секцию синтеза мочевины и секцию извлечения мочевины, сообщающиеся друг с другом, который отличается тем, что включает следующие стадии:
- монтаж секции промывки диоксидом углерода ниже по направлению потока вышеуказанной секции извлечения мочевины;
- монтаж соединительного трубопровода между вышеуказанной секцией извлечения мочевины и вышеуказанной секцией промывки, предназначенного для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, выходящего из вышеуказанной секции извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в вышеуказанную секцию промывки;
- монтаж трубопровода для подачи диоксида углерода в вышеуказанную секцию промывки;
- монтаж трубопровода для выпуска концентрированного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, из вышеуказанной секции промывки; и
- монтаж трубопровода для подачи воды, сообщающегося с вышеупомянутым выпускным трубопроводом, для разбавления вышеуказанного концентрированного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения способ модернизации (реконструкции) уже существующей установки для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающей секцию синтеза мочевины, секцию извлечения мочевины и секцию выпаривания, включающую первый выпарной аппарат и второй выпарной аппарат, причем вышеуказанные секции сообщаются друг с другом, отличается тем, что он включает следующие стадии:
- монтаж секции промывки диоксидом углерода ниже по направлению потока вышеуказанной секции извлечения мочевины;
- монтаж соединительного трубопровода между вышеупомянутым первым выпарным аппаратом и вышеуказанной секцией промывки, предназначенного для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного в вышеупомянутом первом выпарном аппарате и содержащего остаточный свободный аммиак, в вышеуказанную секцию промывки;
- монтаж трубопровода для подачи диоксида углерода в вышеуказанную секцию промывки;
- монтаж трубопровода для выпуска концентрированного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, из вышеуказанной секции промывки, и
- предварительный монтаж трубопровода для подачи воды, сообщающегося с вышеупомянутым выпускным трубопроводом, для разбавления вышеуказанного концентрированного раствора мочевины, содержащего карбамат и по существу не содержащего свободный аммиак, до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
Другие особенности и преимущества способа получения мочевины в водном растворе, предлагаемого в настоящем изобретении, будут очевидны из следующего описания предпочтительного варианта его осуществления, приведенного в качестве показательного и не ограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 представлена блок-схема известной установки для получения водного раствора, содержащего мочевину, предназначенного для использования при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания;
на фиг.2 представлена блок-схема предлагаемой в настоящем изобретении установки для получения водного раствора, содержащего мочевину, предназначенного для использования при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания.
Как видно из фиг.1, известная установка для получения водного раствора, содержащего мочевину, предназначенного для использования при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания, в целом обозначена для ссылок цифрой 1.
Способ получения мочевины в водном растворе, осуществляемый на установке 1, основан на получении мочевины путем синтеза в расплавленном виде и последующем разбавлении расплавленной мочевины водой до получения в образовавшемся водном растворе требуемой концентрации мочевины.
В частности, установка 1 включает секцию 2 синтеза мочевины, работающую при заданном высоком давлении (например, 135-175 бар), секцию 3 извлечения мочевины, работающую при заданном низком давлении (например, 1-10 бар), секцию 4 выпаривания и секцию 5 очистки/конденсации паров, полученных из секции 4 выпаривания, причем вышеуказанные секции сообщаются друг с другом.
Кроме того, установка 1 включает трубопроводы 6 и 7 для подачи, соответственно, диоксида углерода и аммиака, которые необходимы для синтеза мочевины в секции 2 синтеза. В этой секции 2 в соответствующем реакторе аммиак и диоксид углерода вступают в реакцию с получением водного раствора, содержащего мочевину, карбамат аммония и свободный аммиак, который по трубопроводу 8 подают в секцию 3 извлечения мочевины.
В секции 3 извлечения мочевины вышеуказанный раствор, содержащий мочевину, карбамат аммония и свободный аммиак, подвергают обработке с целью разложения карбамата аммония в соответствующих, по существу, стандартных устройствах, таких как отпарные аппараты, аппараты для перегонки (дистилляторы) и др., с получением паровой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода, и концентрированного раствора мочевины (с концентрацией мочевины, равной, например, 70 мас.% от массы раствора), содержащего остаточный свободный аммиак.
Паровая фаза, выходящая из секции 3 извлечения мочевины и содержащая аммиак и диоксид углерода, соответственно, рециркулирует по трубопроводу 9 в секцию 2 синтеза для дальнейшего превращения в мочевину, в то время как концентрированный раствор мочевины, выходящий из вышеуказанной секции 3 извлечения мочевины и содержащий остаточный свободный аммиак, по трубопроводу 10 подают в секцию 4 выпаривания.
В частности, вышеуказанная паровая фаза, содержащая аммиак и диоксид углерода, рециркулирует в секцию синтеза предпочтительно в виде конденсата (с образованием раствора, содержащего карбамат аммония) с помощью конденсирующей жидкости (обычно рециркуляционный раствор карбамата), по существу, в обычном конденсаторе в секции 3 извлечения мочевины.
Поток газов, содержащий инертные газы (например, азот, водород, кислород и т.д.), обычно присутствующие при подаче диоксида углерода для защиты реактора в секции 2 синтеза от коррозии, также отводится из секции 3 извлечения мочевины по трубопроводу 11.
В секции 4 выпаривания из вышеуказанного концентрированного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак, выпаривают растворитель (воду) и удаляют остаточный свободный аммиак с помощью, по существу, обычных устройств, таких как, например, несколько выпарных аппаратов и т.д., получая расплавленную мочевину и паровую фазу, содержащую воду и аммиак.
Соответственно, паровую фазу, выходящую из секции 4 выпаривания и содержащую воду и аммиак, по трубопроводу 12 подают в секцию 5 обработки (очистки), в которой имеется ряд обычных устройств для ее конденсации и выделения из воды остаточных газообразных компонентов (в основном, аммиака и диоксида углерода).
Затем на выходе секции 5 обработки по трубопроводу 13 получают поток жидкости, в основном состоящий из воды, для дальнейшего использования и поток газов, состоящий, главным образом, из аммиака и диоксида углерода, который по трубопроводу 15 рециркулирует в секцию 3 извлечения мочевины.
В секции 3 извлечения мочевины вышеуказанный поток газов, в основном состоящий из аммиака, может быть подвергнут обычной очистке и возвращен, предпочтительно в виде конденсата, в секцию 2 синтеза.
Вместо этого расплавленная мочевина, полученная в секции 4 выпаривания/дистилляции, выходит из вышеуказанной секции 4 по трубопроводу 16 и смешивается с водой, циркулирующей в трубопроводе 17, сообщающемся с трубопроводом 16 для выпуска расплавленной мочевины, с получением, таким образом, водного раствора мочевины с требуемой концентрацией мочевины, например, с концентрацией, равной 32 мас.% от массы раствора.
На фиг.2 изображена предлагаемая в данном изобретении установка для получения мочевины в водном растворе, предназначенном для использования при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания, причем эта установка в целом обозначена для ссылок цифрой 20.
В частности, предлагаемая в изобретении установка 20 обеспечивает получение мочевины путем синтеза и мочевины в водном растворе, который может использоваться для удаления оксидов азота из газообразных продуктов сгорания, что более подробно поясняется ниже в настоящем описании.
Элементы установки 20, конструктивно и функционально эквивалентные соответствующим элементам вышеописанной установки 1, обозначены теми же цифрами для ссылок. Более того, для краткости описание этих элементов далее отсутствует.
Установка 20, как и вышеописанная установка 1, включает секцию 2 синтеза мочевины, работающую при заданном высоком давлении (например, 135-175 бар), секцию 3 извлечения мочевины, работающую при заданном низком давлении (например, 1-10 бар), секцию 4 выпаривания и секцию 5 очистки/конденсации паров, полученных из секции 4 выпаривания; причем вышеуказанные секции сообщаются друг с другом.
В частности, в настоящем варианте секция 4 выпаривания включает первый выпарной аппарат 4а и второй выпарной аппарат 4b, установленные последовательно и сообщающиеся друг с другом и с секцией 3 извлечения мочевины (через первый выпарной аппарат 4а).
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением установка 20 включает секцию 22 промывки диоксидом углерода, расположенную ниже по направлению потока секции 3 извлечения мочевины, а также трубопровод 23, смонтированный между секцией 3 извлечения мочевины и секцией 22 промывки, для подачи части концентрированного водного раствора мочевины, выходящего из секции 3 извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в вышеуказанную секцию 22 промывки.
В частности, трубопровод 23 сообщается с трубопроводом 10 для выпуска вышеуказанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак, из секции 3 извлечения мочевины, по которому остальную часть вышеуказанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак, подают в секцию 4 выпаривания.
В секции 22 промывки вышеуказанный концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак, подвергают промывке диоксидом углерода, подаваемым в секцию 22 по соответствующему трубопроводу 24, что, в основном, приводит к превращению содержащегося в вышеуказанном растворе остаточного свободного аммиака в карбамат и возможному удалению части аммиака в паровой фазе путем отпарки с помощью газообразного потока диоксида углерода, подаваемого в секцию 22 промывки.
С этой целью секция 22 промывки включает несколько стандартных устройств для массообмена между жидкой фазой и газообразной фазой, в частности таких как, например, скрубберы для очистки газа, тарельчатые дистилляционные колонны и т.д.
В результате, на выходе из секции 22 промывки получают концентрированный водный раствор мочевины, содержащий карбамат и, в основном, не содержащий свободный аммиак, а также паровую фазу, содержащую диоксид углерода и, возможно, аммиак.
В соответствии с настоящим изобретением концентрированный водный раствор мочевины, полученный в секции 22 промывки и содержащий карбамат и, в основном, не содержащий свободный аммиак, разбавляют водой, циркулирующей в трубопроводе 17, который сообщается с трубопроводом 25 для выпуска вышеуказанного раствора из секции промывки, получая, таким образом, требуемую концентрацию мочевины в водном растворе, например, концентрацию мочевины, равную 30 мас.% от массы раствора.
Паровую фазу, выходящую из секции 22 промывки и содержащую диоксид углерода и, возможно, аммиак, подают в секцию 3 извлечения мочевины по трубопроводу 27, смонтированному между секцией 22 промывки и секцией 3 извлечения мочевины, для дальнейшей по существу обычной обработки, например, для того, чтобы соответственно обеспечить ее рециркуляцию в секцию 2 синтеза предпочтительно в виде конденсата.
Следует также отметить, что диоксид углерода для промывки, подаваемый в секцию 22 промывки, преимущественно может являться частью исходного диоксида углерода, подаваемого в секцию 2 синтеза мочевины. В качестве альтернативы, диоксид углерода может поступать из других частей установки, предлагаемой в изобретении, или из внешних источников. Предпочтительно, диоксид углерода для промывки подают в секцию 22 в избытке по отношению к содержанию аммиака в концентрированном растворе мочевины, с тем чтобы осуществить, в основном, в количественном отношении, превращение вышеупомянутого аммиака в карбамат.
Кроме того, следует отметить, что в соответствии с настоящим изобретением остальную часть концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак, выходящего из секции 3 извлечения мочевины и не направляемого в секцию 22 промывки, преимущественно подают по трубопроводу 10 в первый выпарной аппарат 4а секции 4 дистилляции, а из него по соединительному трубопроводу 31 - во второй выпарной аппарат 4b. Из первого выпарного аппарата 4а получают более концентрированный водный раствор мочевины, все еще содержащий остаточный свободный аммиак, тогда как во втором выпарном аппарате 4b растворитель удаляют полностью, получая, таким образом, расплавленную мочевину, которая выходит из выпарного аппарата 4b по трубопроводу 16. Кроме того, из выпарных аппаратов 4а и 4b получают соответствующие паровые фазы, содержащие воду и аммиак, которые по соответствующим трубопроводам 12а и 12b направляют на обработку в секцию 5, описанную выше.
В одном из вариантов осуществления изобретения (не показан на чертежах) может быть предусмотрена подача всего концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак, в секцию 22 промывки диоксидом углерода, чтобы обеспечить получение только водного раствора, содержащего мочевину, для удаления оксидов азота. В этом случае не требуется секция 4 выпаривания и секция 5 обработки, или эти секции, если они существуют, могут быть демонтированы (например, в случае реконструкции установки для получения мочевины).
В другом варианте осуществления изобретения (показан пунктирной линией на фиг.2) может быть предусмотрена подача части концентрированного водного раствора мочевины, выходящего из первого выпарного аппарата 4а и содержащего остаточный свободный аммиак, по соединительному трубопроводу 30 в секцию 22 промывки. Это может быть выполнено в качестве альтернативы по отношению к подаче в секцию 22 промывки концентрированного водного раствора мочевины, выходящего из секции 3 извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, или в дополнение к этой подаче.
Следовательно, способ и установка, предлагаемые в настоящем изобретении, отличаются большой эксплуатационной гибкостью в работе, так как имеется возможность отбирать водный раствор, содержащий мочевину и остаточный аммиак, для подачи на промывку в разных и дополнительных местах установки, с целью удовлетворения специальным и зависящим от определенных обстоятельств требованиям.
Другое преимущество изобретения заключается в том, что в случае реконструкции уже существующих установок объем проводимого вмешательства в работу является минимальным и не требует высоких затрат, поскольку необходимо лишь спроектировать секцию промывки и соответствующие соединительные трубопроводы между этой секцией и секцией извлечения мочевины или секцией выпаривания уже существующей установки.
Разумеется, специалист в данной области техники, с целью удовлетворения специальным и зависящим от определенных обстоятельств требованиям, может осуществлять многочисленные модификации и вносить различные изменения в вышеописанный способ и установку для получения водного раствора, содержащего мочевину, охватываемые объемом охраны настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
1. Способ получения водного раствора, содержащего мочевину, для использования при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания и дымовых газов, отличающийся тем, что он включает стадии, на которых осуществляют:
промывку диоксидом углерода по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного непосредственно из или ниже по направлению потока секции извлечения мочевины установки для получения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, с получением, таким образом, первой паровой фазы, содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, и концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, и
разбавление указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, водой до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак, подвергаемый по меньшей мере частично промывке диоксидом углерода, получают непосредственно из секции (3) извлечения мочевины установки для получения мочевины.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак, подвергаемый по меньшей мере частично промывке диоксидом углерода, поступает из секции (4) выпаривания, расположенной ниже по направлению потока секции (3) извлечения мочевины установки для получения мочевины.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что указанный концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак и подвергаемый по меньшей мере частично промывке диоксидом углерода, получают из выпарного аппарата (4а) в секции выпаривания, используемой для выпаривания концентрированного водного раствора мочевины, поступающего из секции (3) извлечения мочевины установки для получения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная требуемая концентрация мочевины в водном растворе находится в пределах 15-35 мас.% от массы раствора.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает обработку водного раствора, полученного в секции (2) синтеза установки для получения мочевины и содержащего мочевину, карбамат аммония и свободный аммиак, до разложения карбамата аммония, возможно, в присутствии инертного газа для отпарки в секции (3) извлечения мочевины, с получением, таким образом, второй паровой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода, и указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает подачу указанной первой паровой фазы, содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, в секцию (3) извлечения мочевины.
8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что он включает рециркуляцию указанной второй паровой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода, в виде конденсата в секцию (2) синтеза мочевины.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что весь указанный концентрированный водный раствор мочевины, содержащий остаточный свободный аммиак, подвергают промывке диоксидом углерода.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает выпаривание части указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего остаточный свободный аммиак, не подвергаемого промывке диоксидом углерода, в секции (4) выпаривания с получением, таким образом, расплавленной мочевины.
11. Установка для получения водного раствора, содержащего мочевину, для использования при удалении оксидов азота из газообразных продуктов сгорания и дымовых газов, включающая сообщающиеся друг с другом секцию (2) синтеза мочевины и секцию (3) извлечения мочевины, отличающаяся тем, что она также включает
секцию (22) промывки диоксидом углерода, расположенную ниже по направлению потока секции (3) извлечения мочевины,
питающий трубопровод (23), смонтированный между секцией (3) извлечения мочевины и упомянутой секцией (22) промывки, для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного в секции (3) извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в секцию (22) промывки,
трубопровод (24) для подачи диоксида углерода в секцию (22) промывки,
трубопровод (25) для выпуска концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, из секции (22) промывки, и
трубопровод (17) для подачи воды, сообщающийся с указанным трубопроводом (25) для выпуска из секции (22) промывки, для разбавления указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что она включает трубопровод (27) между упомянутыми секцией (22) промывки и секцией (3) извлечения мочевины для подачи паровой фазы, выходящей из секции (22) промывки и содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, в секцию (3) извлечения мочевины.
13. Установка по п.11 или 12, отличающаяся тем, что она также включает
секцию (4) выпаривания, расположенную ниже по направлению потока секции (3) извлечения мочевины,
соединительный трубопровод (10) между секцией (3) извлечения мочевины и секцией (4) выпаривания для подачи части указанного концентрированного водного раствора мочевины, полученного в секции (3) извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в секцию (4) выпаривания,
трубопровод (16) для выпуска полученной путем синтеза мочевины в расплавленном виде из секции (4) выпаривания.
14. Установка для получения водного раствора, содержащего мочевину, используемого для удаления оксидов азота из газообразных продуктов сгорания или дымовых газов, включающая секцию (2) синтеза мочевины, секцию (3) извлечения мочевины и секцию (4) выпаривания, включающую первый выпарной аппарат (4а) и второй выпарной аппарат (4b), причем указанные секции (2, 3, 4) сообщаются друг с другом, отличающаяся тем, что она также включает
секцию (22) промывки диоксидом углерода, расположенную ниже по направлению потока секции (3) извлечения мочевины,
питающий трубопровод (30), смонтированный между первым выпарным аппаратом (4а) и упомянутой секцией (22) промывки, для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного в первом выпарном аппарате (4а) и содержащего остаточный свободный аммиак, в секцию (22) промывки,
трубопровод (24) для подачи диоксида углерода в секцию (22) промывки,
трубопровод (25) для выпуска концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, из секции (22) промывки, и
трубопровод (17) для подачи воды, сообщающийся с указанным трубопроводом (25) выпуска из секции (22) промывки, для разбавления указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что она включает трубопровод (27) между упомянутыми секцией (22) промывки и секцией (3) извлечения мочевины для подачи паровой фазы, выходящей из секции (22) промывки и содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, в секцию (3) извлечения мочевины.
16. Установка по п.14 или 15, отличающаяся тем, что она также включает
секцию (4) выпаривания, расположенную ниже по направлению потока секции (3) извлечения мочевины,
соединительный трубопровод (10) между секцией (3) извлечения мочевины и секцией (4) выпаривания для подачи части указанного концентрированного водного раствора мочевины, полученного в секции (3) извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в секцию (4) выпаривания,
трубопровод (16) для выпуска полученной путем синтеза мочевины в расплавленном виде из секции (4) выпаривания.
17. Установка по п.14, отличающаяся тем, что она включает
соединительный трубопровод (10) между секцией (3) извлечения мочевины и первым выпарным аппаратом (4а) в секции (4) выпаривания для подачи концентрированного водного раствора мочевины, полученного в секции (3) извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в первый выпарной аппарат (4а),
соединительный трубопровод (31) между первым выпарным аппаратом (4а) и вторым выпарным аппаратом (4b) в секции (4) выпаривания для подачи части концентрированного водного раствора мочевины, полученного в первом выпарном аппарате (4а) и содержащего остаточный свободный аммиак, во второй выпарной аппарат (4b), и
трубопровод (16) для выпуска расплавленной мочевины из второго выпарного аппарата (4b).
18. Способ модернизации (реконструкции) существующей установки для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающей сообщающиеся друг с другом секцию (2) синтеза мочевины и секцию (3) извлечения мочевины, отличающийся тем, что он включает стадии, на которых осуществляют:
монтаж секции (22) промывки диоксидом углерода ниже по направлению потока секции (3) извлечения мочевины,
монтаж соединительного трубопровода (23) между секцией (3) извлечения мочевины и упомянутой секцией (22) промывки для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, выходящего из секции (3) извлечения мочевины и содержащего остаточный свободный аммиак, в секцию (22) промывки,
монтаж трубопровода (24) для подачи диоксида углерода в секцию (22) промывки,
монтаж трубопровода (25) для выпуска концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, из секции (22) промывки, и
монтаж трубопровода (17) для подачи воды, сообщающегося с указанным трубопроводом (25) для выпуска, для разбавления указанного концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
19. Способ модернизации по п.18, отличающийся тем, что осуществляют предварительный монтаж трубопровода (27) между секцией (22) промывки и секцией (3) извлечения мочевины для подачи паровой фазы, выходящей из секции (22) промывки и содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, в секцию (3) извлечения мочевины.
20. Способ модернизации (реконструкции) существующей установки для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода, включающей секцию (2) синтеза мочевины, секцию (3) извлечения мочевины и секцию (4) выпаривания, включающую первый выпарной аппарат (4а) и второй выпарной аппарат (4в), причем указанные секции (2, 3, 4) сообщаются друг с другом, отличающийся тем, что он включает стадии, на которых осуществляют:
монтаж секции (22) промывки диоксидом углерода ниже по направлению потока секции (3) извлечения мочевины;
монтаж соединительного трубопровода (30) между первым выпарным аппаратом (4а) и упомянутой секцией (22) промывки для подачи по меньшей мере части концентрированного водного раствора мочевины, полученного в первом выпарном аппарате (4а) и содержащего остаточный свободный аммиак, в секцию (22) промывки,
монтаж трубопровода (24) для подачи диоксида углерода в секцию (22) промывки,
монтаж трубопровода (25) для выпуска концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, из секции (22) промывки, и
монтаж трубопровода (17) для подачи воды, сообщающегося с указанным трубопроводом (25) для выпуска, для разбавления упомянутого концентрированного водного раствора мочевины, содержащего карбамат и, по существу, не содержащего свободный аммиак, до получения в водном растворе требуемой концентрации мочевины.
21. Способ модернизации по п.20, отличающийся тем, что осуществляют предварительный монтаж трубопровода (27) между секцией (22) промывки и секцией (3) извлечения мочевины для подачи паровой фазы, выходящей из секции (22) промывки и содержащей диоксид углерода и, возможно, аммиак, в секцию (3) извлечения мочевины.
