Устройство для очистки отходящих газов и установка для производства удобрения, содержащая такое устройство
Устройство для очистки отходящих газов, предназначенное для очистки отходящих газов, в которых присутствует аммиак, содержит аммиачный скруббер для приведения отходящих газов в контакт газ-жидкость с абсорбирующей жидкостью, включающей карбонизированную воду, и отпарную колонну для извлечения из абсорбирующей жидкости, отведенной из аммиачного скруббера, аммиака и диоксида углерода, растворенных в абсорбирующей жидкости. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для очистки отходящих газов и к установке для производства удобрения, содержащей такое устройство.
Уровень техники
В состав установки для производства удобрения с использованием газа, содержащего метан, в частности, природного газа, входят установка для производства аммиака из газа, содержащего метан, устройство для производства мочевины, в котором получают раствор мочевины за счет реакции аммиака с диоксидом углерода, и устройство для гранулирования мочевины, предназначенное для производства твердых гранул мочевины из раствора мочевины. В устройстве для гранулирования мочевины образуются отходящие газы, содержащие аммиак, и карбамидная пыль, которая представляет собой, например, порошок из твердых частиц мочевины. В устройстве для очистки отходящих газов указанные отходящие газы контактируют с водой, раствором мочевины или подобной жидкостью, в результате чего из отходящих газов удаляются карбамидная пыль и аммиак, и затем отходящие газы отводятся в атмосферу.
В патентном документе D1 описан метод приведения отходящих газов в контакт газ-жидкость с кислотной абсорбирующей жидкостью, в частности, с водным раствором серной кислоты, что позволяет увеличить степень извлечения аммиака в устройстве для очистки отходящих газов. В результате реакции между аммиаком и серной кислотой образуется сульфат аммония. Указанный сульфат аммония может быть основным ингредиентом удобрения. Однако сульфат аммония в жидкой форме является веществом, плохо подходящим для работы с ним, и поэтому сульфат аммония широко распространен и используется в твердой фазе. В патентном документе D2 описан способ извлечения аммиака, присутствующего в отходящих газах, в виде сульфата аммония.
Перечень патентной литературы
D1: US9745256B,
D2: US9464009B.
Сущность изобретения
Техническая проблема
Способ извлечения аммиака, присутствующего в отходящих газах, превращенного в сульфат аммония, имеет недостаток, который заключается в том, что оборудование для производства гранулированного сульфата аммония является дорогостоящим, и существует проблема, которая заключается в необходимости осуществлять действия по устранению загрязнений из сульфата аммония, мероприятия по обеспечению технических средств для очистки отработавшей воды, содержащей сульфат аммония, тому подобное. Таким образом, желательно обеспечить простое устройство для очистки отходящих газов, в котором не образуется сульфат аммония.
В связи с изложенным задача настоящего изобретения заключается в создании устройства для очистки отходящих газов, способного производить очистку отходящих газов, содержащих аммиак, без образования сульфата аммония, и установки для производства удобрения, содержащей такое устройство.
Решение проблемы
Устройство для очистки отходящих газов в соответствии по меньшей мере с одним воплощением настоящего изобретения представляет собой устройство для очистки отходящих газов, содержащих аммиак, в состав которого входит аммиачный скруббер, предназначенный для обеспечения контакта газ-жидкость отходящих газов с абсорбирующей жидкостью, в качестве которой используется карбонизированная вода, и отпарная колонна для извлечения из абсорбирующей жидкости, отведенной из аммиачного скруббера, аммиака и диоксида углерода, растворенных в абсорбирующей жидкости. При таком выполнении устройства, обеспечивающего удаление аммиака из отходящих газов с помощью абсорбирующей жидкости, включающей карбонизированную воду, отсутствует необходимость в использовании серной кислоты. Таким образом, становится возможным производить очистку отходящих газов, содержащих аммиак, без получения серной кислоты.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения устройство для очистки отходящих газов может, кроме того, содержать устройство для приготовления карбонизированной воды из диоксида углерода и воды, и редуктор давления для снижения давления карбонизированной воды, полученной в устройстве для приготовления карбонизированной воды, до атмосферного давления. Карбонизированная вода, выходящая из редуктора давления, может быть направлена в аммиачный скруббер. При подаче карбонизированной воды, полученной в устройстве для приготовления карбонизированной воды, непосредственно в аммиачный скруббер диоксид углерода частично выделяется в аммиачном скруббере. Диоксид углерода, выделившейся в аммиачном скруббере, обычно трудно удалить. Наоборот, если диоксид углерода частично выделяется из карбонизированной воды в редукторе давления перед входом в аммиачный скруббер, становится возможным предотвратить выделение диоксида углерода в аммиачном скруббере, а также удалить диоксид углерода, выделившейся в редукторе давления. Таким образом, можно уменьшить расход диоксида углерода.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения абсорбирующая жидкость, из которой в отпарной колонне были удалены аммиак и диоксид углерода, может быть по меньшей мере частично направлена в аммиачный скруббер. В этом случае при подаче в аммиачный скруббер абсорбирующей жидкости, из которой в отпарной колонне извлечены аммиак и диоксид углерода, концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости уменьшается. Количество аммиака, абсорбированного абсорбирующей жидкостью в аммиачном скруббере, увеличивается, поскольку концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости уменьшается. Таким образом, можно повысить эффективность удаления аммиака.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения устройство для очистки отходящих газов может, кроме того, содержать пылеуловитель для удаления твердых компонентов из отходящих газов за счет контакта газ-жидкость перед поступлением в аммиачный скруббер с промывочной жидкостью. Абсорбирующая жидкость, из которой в скруббере были удалены аммиак и диоксид углерода, может быть по меньшей мере частично использована в качестве по меньшей мере части промывочной жидкости мокрого пылеуловителя. Благодаря такому решению, использующему абсорбирующую жидкость, из которой в скруббере были удалены аммиак и диоксид углерода, можно уменьшить расход промывочной жидкости.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения аммиачный скруббер может содержать линию циркуляции абсорбирующей жидкости для удаления накопленной в скруббере абсорбирующей жидкости, подлежащей возвращению в газовую среду, находящуюся в аммиачном скруббере, при этом карбонизированная вода может быть направлена на линию циркуляции абсорбирующей жидкости. За счет такого решения, т.е. подачи карбонизированной воды в линию циркуляции абсорбирующей жидкости, карбонизированная вода разбавляется абсорбирующей жидкостью, протекающей через линию циркуляции абсорбирующей жидкости. Соответственно, в этом случае концентрация диоксида углерода в абсорбирующей жидкости, поступившей в аммиачный скруббер, уменьшена, по сравнению со случаем, когда карбонизированная вода поступает непосредственно в аммиачный скруббер. При этом количество диоксида углерода, выделившегося из абсорбирующей жидкости, имеющей низкую концентрацию диоксида углерода, значительно уменьшается, по сравнению с количеством выделившегося диоксида углерода из карбонизированной воды, имеющей высокую концентрацию диоксида углерода. Соответственно, количество диоксида углерода, эффективно использованного для извлечения аммиака в аммиачном скруббере, увеличивается, что позволяет повысить степень извлечения аммиака.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения устройство для очистки отходящих газов дополнительно может содержать охлаждающее устройство для охлаждения карбонизированной воды, подлежащей подаче в аммиачный скруббер. Вообще, растворимость газа в жидкости повышается с понижением температуры жидкости. В этой связи использование охлаждающего устройства для охлаждения карбонизированной воды, подаваемой в аммиачный скруббер, позволяет уменьшить температуру карбонизированной воды, подлежащей подаче в аммиачный скруббер. Соответственно, количество аммиака, абсорбированного карбонизированной водой, увеличивается, что позволяет повысить степень извлечения аммиака.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения устройство для очистки отходящих газов дополнительно может содержать охлаждающее устройство для охлаждения абсорбирующей жидкости, проходящей через линию циркуляции абсорбирующей жидкости. Хотя температуру карбонизированной воды или абсорбирующей жидкости при её контакте с отходящими газами в аммиачном скруббере уменьшают, чтобы увеличить степень извлечения аммиака из отходящих газов, аммиак может выделяться из абсорбирующей жидкости, накопленной в аммиачном скруббере, если температура абсорбирующей жидкости, накопленной в аммиачном скруббере, высокая. Однако использование охлаждающего устройства для охлаждения абсорбирующей жидкости, проходящей через линию циркуляции абсорбирующей жидкости, позволяет понизить температуру абсорбирующей жидкости, накопленной в аммиачном скруббере. В результате, количество аммиака, поглощенного абсорбирующей жидкостью, увеличивается, что позволяет повысить степень извлечения аммиака.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения во внутреннем объеме аммиачного скруббера может быть размещен ряд полок и карбонизированная вода может поступать в скруббер раздельно, не менее чем из двух мест, которые находятся на различной высоте в аммиачном скруббере. Благодаря такой схеме подачи карбонизированной воды в скруббер количество аммиака, абсорбированного карбонизированной водой, увеличивается по сравнению со случаем, в котором карбонизированная вода поступает в аммиачный скруббер без разделения потока карбонизированной воды на части. В результате можно увеличить степень извлечения аммиака.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения во внутреннем объеме аммиачного скруббера может быть размещена переточная труба, обеспечивающая возможность стекания вниз абсорбирующей жидкости, находящейся на полках, и карбонизированная вода, поступающая в скруббер по меньшей мере не менее чем из двух мест, может быть направлена в переточную трубу. Хотя абсорбирующая жидкость, стекающая вниз в аммиачном скруббере, растекается на полках в радиальном направлении, абсорбирующая жидкость собирается в переточной трубе, имеющей относительно узкий проточный канал для жидкости, и стекает вниз, перетекая при этом с одной полки в направлении другой полки, расположенной ниже. За счет подачи карбонизированной воды в переточную трубу, имеющую относительно узкий проточный канал, карбонизированная вода может быть эффективно распределена в абсорбирующей жидкости, по сравнению со случаем, в котором карбонизированную воду подают в абсорбирующую жидкость, которая растекается на полках в радиальном направлении. В результате количество аммиака, поглощенного абсорбирующей жидкостью, увеличивается, что приводит к увеличению степени извлечения аммиака.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения добавляемая в аммиачный скруббер вода (именуемая здесь и далее подпиточной водой), может поступать из положения, которое находится по высоте аммиачного скруббера выше положения, из которого в аммиачный скруббер поступают карбонизированная вода и абсорбирующая жидкость. За счет такой конфигурации карбонизированная вода и абсорбирующая жидкость поступают с нижней стороны относительно подпиточной воды, подаваемой в аммиачный скруббер. При этом подпиточная вода уменьшает выделение диоксида углерода с верхней поверхности карбонизированной воды, что позволяет сдерживать снижение количества аммиака, поглощенного абсорбирующей жидкостью, и степень извлечения аммиака.
Установка для производства удобрения в соответствии по меньшей мере с одним воплощением настоящего изобретения представляет собой установку для производства удобрения из исходного газа, содержащего метан. В состав указанной установки входят установка для получения аммиака из исходного газообразного материала, установка для получения мочевины, предназначенная для получения раствора мочевины за счет химической реакции аммиака с диоксидом углерода, устройство для гранулирования мочевины, предназначенное для получение твердых гранул мочевины из раствора мочевины, и устройство для очистки отходящих газов, поступающих из устройства гранулирования мочевины. Благодаря такой конфигурации, в которой извлечение аммиака из отходящих газов, подводимых из устройства для гранулирования мочевины, входящего в состав установки для производства удобрений, осуществляется с помощью абсорбирующей жидкости, включающей карбонизированную воду, отсутствует необходимость в использовании серной кислоты. В результате можно производить очистку отходящих газов, содержащих аммиак, при отсутствии получения серной кислоты.
По меньшей мере в одном воплощении настоящего изобретения аммиак и диоксид углерода, извлеченные из абсорбирующей жидкости в отпарной колонне, могут быть подходящими для подачи в установку для производства мочевины. В этом случае, поскольку аммиак и диоксид углерода, извлеченные из абсорбирующей жидкости в отпарной колонне, могут быть использованы для производства удобрения, можно уменьшить затраты на производство удобрения в установке для производства удобрения.
Положительные эффекты
В соответствии по меньшей мере с одним воплощением настоящего изобретения при извлечении аммиака из отходящих газов с помощью абсорбирующей жидкости, представляющей собой карбонизированную воду, отсутствует необходимость в использовании серной кислоты. В результате становится возможным производить очистку отходящих газов, содержащие аммиак, без получения серной кислоты.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - блок-схема, отображающая конфигурацию установки для производства удобрения в соответствии с воплощением 1 настоящего изобретения.
Фиг. 2 - принципиальная схема устройства для очистки отходящих газов, используемого в составе установки для производства удобрения в соответствии с воплощением 1 настоящего изобретения.
Фиг. 3 - принципиальная схема модифицированного примера устройства для очистки отходящих газов, используемого в установке для производства удобрения в соответствии с воплощением 1 настоящего изобретения.
Фиг. 4 - принципиальная схема устройства для очистки отходящих газов, используемого в установке для производства удобрения в соответствии с воплощением 2 настоящего изобретения.
Фиг. 5 - принципиальная схема экспериментального устройства для подтверждения достижения технического результата в устройстве для очистки отходящих газов, входящего в состав установки для производства удобрения в соответствии с воплощением 2 настоящего изобретения.
Фиг. 6 - принципиальная схема модифицированного примера устройства для очистки отходящих газов, используемого в установке для производства удобрения в соответствии с воплощением 2 настоящего изобретения.
Фиг. 7 - принципиальная схема устройства для очистки отходящих газов, входящего в состав установки для производства удобрения в соответствии с воплощением 3 настоящего изобретения.
Фиг. 8 - принципиальная схема экспериментального устройства для подтверждения достижения технического результата в устройстве для очистки отходящих газов, входящего в состав установки для производства удобрения в соответствии с воплощением 3 настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Воплощения настоящего изобретения ниже будут описаны более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи. Однако объем настоящего изобретения не ограничен рассмотренными ниже воплощениями. Предполагается, что геометрические размеры, материалы, формы, взаимные расположения и подобные параметры компонентов, описанных в рассмотренных воплощениях, будут истолкованы только как иллюстративные и не имеющие цель ограничивать объем настоящего изобретения.
(Воплощение 1)
Установка 100 для производства удобрения в соответствии с воплощением 1 настоящего изобретения, представленная на фиг. 1, содержит установку 10 для получения аммиака за счет использования газообразного исходного вещества, такого как природный газ, содержащий метан, установку 20 для получения мочевины, предназначенную для получения раствора мочевины за счет реакции аммиака с диоксидом углерода, устройство 60 гранулирования мочевины, обеспечивающее производство гранулированной твердой мочевины из раствора мочевины и мочевины, и устройство 80 для очистки отходящих газов, образующихся в устройстве 60 для гранулирования мочевины. Установка 100 для производства удобрения дополнительно может содержать устройство 1 для риформинга исходного газа, конвертер 2 для конверсии моноксида углерода и водяного пара, содержащихся в газе, поступающем из устройства 1 риформинга, устройство 3 для извлечения диоксида углерода, содержащегося в газовом потоке, выходящем из конвертера 2, и устройство 4 для метанизации газа, предназначенное для превращения в метан диоксида углерода и моноксида углерода, содержащихся в потоке газа, выходящем из устройства 3 для извлечения диоксида углерода. В этом случае устройство 4 метанизации и установка 10 для получения аммиака соединены друг с другом.
Установка 20 для получения мочевины содержит компрессор 21 и устройство 22 для получения мочевины. Компрессор 21 и устройство 22 для получения мочевины соединены посредством трубопровода 121. Аммиак, произведенный в установке 10 для получения аммиака, через трубопроводную линию 123 подачи аммиака направляется к трубопроводу 121. На линии 123 подачи аммиака установлен компрессор 76 для повышения давления аммиака. От трубопровода 121 выше по потоку от места, в котором линия 123 подачи аммиака соединяется с трубопроводом 121, ответвляется линия 118 подачи диоксида углерода. Упомянутая линия 118 подачи диоксида углерода соединена с устройством для приготовления карбонизированной воды (см. фиг. 2), которое будет описано ниже.
Устройство 80 для очистки отходящих газов содержит пылеуловитель 80А для удаления твердых частиц, таких как карбамидная пыль, из отходящих газов, выходящих из устройства 60 для гранулирования мочевины, и аммиачный скруббер 80В для извлечения аммиака из отходящих газов, из которых твердый компонент был извлечен в пылеуловителе 80А. Устройство 60 гранулирования мочевины и пылеуловитель 80А соединены посредством трубопроводной линии 111 для отвода отходящих газов. Пылеуловитель 80А и аммиачный скруббер г80В соединены друг с другом посредством трубопровода 112. Аммиачный скруббер 80В обеспечен выпускным трубопроводом 113 для выпуска в атмосферу отходящих газов, очищенных в аммиачном скруббере 80В.
Как показано на фиг. 2, пылеуловитель 80А содержит корпус 81 с внутренней камерой 81а, в которой перемещаются отходящие газы, форсунки 83 для распыливания промывочной воды (например, свежей воды, сточной воды, нейтральной воды с величиной рН приблизительно равной 7, например, технологической воды) во внутреннюю камеру 81а и линию подачи промывной воды 87, обеспечивающую подвод промывочной воды в форсунки 83. Температура внутри пылеуловителя 80А обычно высокая, и поэтому вода (промывочная вода) испаряется. Кроме того, как будет отмечено ниже, промывочная вода, накапливающаяся во внутренней камере 81а, частично отводится из камеры. Форсунки 83 распыливают воду для восполнения промывочной воды, количество которой уменьшается вследствие испарения и отвода из внутренней камеры.
Пылеуловитель 80А, кроме того, содержит линию 86 циркуляции промывочной воды, насос 82 и форсунку 84. Линия 86 циркуляции промывочной воды представляет собой трубопроводную линию для отвода промывочной воды (содержащей растворенный твердый компонент, что характерно также и для накопленной промывочной воды) за пределы корпуса 81. Насос 82 предназначен для нагнетания части промывочной воды, накопленной во внутренней камере 81а, в трубопроводную линию 86 циркуляции промывочной воды. Форсунка 84 обеспечивает распыливание воды, нагнетаемой по линии 86 циркуляции промывочной воды, в газовую среду внутренней камеры 81а. Кроме того, форсунка 84 может быть выполнена с возможностью инжекции воды в направлении тарелки 85 (например, выполненной в виде пористой плиты), установленной внутри корпуса 81. Следует отметить, что в корпусе 81 может быть установлена одна тарелка 85 или любое количество тарелок 85, но не менее двух.
Для отвода части промывочной воды из внутренней камеры 81а с целью снижения концентрации твердого компонента в промывочной воде, накопленной во внутренней камере 81а, линия 86 циркуляции промывочной воды, ниже по ходу движения потока относительно насоса 82, выполнена с ответвлением 88 для слива воды. Линия 88 слива может быть соединена, например, с устройством для очистки (не показано) отведенной воды.
Аммиачный скруббер 80В соединен с пылеуловителем 80А посредством трубопровода 112. Один конец упомянутого трубопровода 112 соединен с верхом колонны пылеуловителя 80А, а другой конец соединен с участком аммиачного скруббера 80В, расположенным между верхом и низом колонны указанного скруббера.
Аммиачный скруббер 80В содержит корпус 91 с внутренней камерой 91а, в которой перемещаются отходящие газы, из которых в пылеуловителе 80А был удален твердый компонент, форсунки 93 для распыливания подпиточной воды во внутреннюю камеру 91а и линию 97 подачи подпиточной воды для подвода подпиточной воды к форсункам 93. Температура внутри скруббера 80В обычно высокая, и поэтому вода испаряется. Кроме того, как будет отмечено ниже, абсорбирующая жидкость, накапливающаяся во внутренней камере 91а, частично отводится из камеры. Форсунки 93 распыливают воду для восполнения потерь абсорбирующей жидкости, количество которой уменьшается вследствие испарения и отвода из камеры.
Аммиачный скруббер 80В снабжен линией 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, насосом 92 и форсункой 94. Линия 96 циркуляции абсорбирующей жидкости представляет собой трубопроводную линию для отвода за пределы корпуса 91 части абсорбирующей жидкости, которая накапливается во внутренней камере 91 при функционировании скруббера, более подробно описанном ниже. Насос 92 предназначен для нагнетания части абсорбирующей жидкости, накопленной во внутренней камере 91а, на линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости. Форсунка 94 обеспечивает распыливание абсорбирующей жидкости, нагнетаемой через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, в газовую среду внутренней камеры 91а. Кроме того, форсунка 94 может быть выполнена с возможностью инжекции воды в направлении тарелки 98 (например, выполненной в виде пористой плиты), установленной внутри корпуса 91. Следует отметить, что в корпусе 91 может быть установлена одна тарелка 98 или любое количество тарелок 98, но не менее двух.
Устройство 80 для очистки отходящих газов, кроме того, содержит устройство 116 для приготовления карбонизированной воды, включенной в состав абсорбирующей жидкости, подлежащей подаче в аммиачный скруббер 80В. В воплощении 1 устройство 116 для приготовления карбонизированной воды охарактеризовано как генератор мелких пузырьков. Однако устройство 116 для приготовления карбонизированной воды может быть любым устройством, обеспечивающим получение карбонизированной воды из диоксида углерода и воды. Устройство 116 для приготовления карбонизированной воды соединено с линией 115 подачи воды и линией 118 подачи диоксида углерода.
Редуктор 130 давления, хотя и является несущественным компонентом, может быть размещен ниже по потоку от устройства 116 для приготовления карбонизированной воды. Редуктор давления 130 содержит ёмкость, способную принимать карбонизированную воду, полученную с помощью упомянутого устройства 116 для приготовления карбонизированной воды. Давление в указанной ёмкости почти равно атмосферному давлению. Выпускной трубопровод 131 одним концом соединен с трубопроводом 122 (см. фиг. 1) и другим концом соединен с верхней точкой ёмкости редуктора давления 130. Линия 132 подачи карбонизированной воды соединена одним концом с низом ёмкости редуктора давления 130 и другим концом соединена, ниже по потоку относительно насоса 92, с линией 96 циркуляции абсорбирующей жидкости. На линии 132 подачи карбонизированной воды установлен насос 133 для нагнетания карбонизированной воды.
Устройство 80 для очистки отходящих газов, кроме того, содержит отпарную колонну 140. Как будет описано ниже, в состав абсорбирующей жидкости, которая накапливается во внутренней камере 91а аммиачного скруббера 80В, включена карбонизированная вода, и абсорбирующая жидкость абсорбирует аммиак из отходящих газов. Отпарная колонна 140 используется для извлечения из абсорбирующей жидкости аммиака и диоксида углерода, растворенных в абсорбирующей жидкости.
От линии 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, ниже по потоку от насоса 92, ответвляется линия 141 отвода абсорбирующей жидкости. Линия 141 отвода абсорбирующей жидкости соединена с отпарной колонной 140. К низу отпарной колонны 140 присоединен один конец линии 142 подачи абсорбирующей жидкости, другой конец указанной линии 142 соединен, например, с линией 87 подачи промывочной воды. Абсорбирующая жидкость, из которой удалены аммиак и диоксид углерода, накапливается в отпарной колонне 140. На линии 142 подачи абсорбирующей жидкости установлен насос 143, с помощью которого абсорбирующая жидкость, накопленная в отпарной колонне 140, нагнетается через линию 142 подачи абсорбирующей жидкости. Линия 144 отвода потока газа, через которую отводятся диоксид углерода и аммиак, извлеченные из потока абсорбирующей жидкости, соединена одним концом с верхней точкой отпарной колонны 140. Другой конец линии 144 отвода потока газа может быть соединен, например, с вакуумным конденсатором устройства 22 для получения мочевины.
Ниже будет описана работа установки 100 для производства удобрения согласно воплощению 1 настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, исходный газ подвергается риформингу с использованием воздуха и водяного пара в устройстве 1 для риформинга и превращается в газ, содержащий по меньшей мере водород и диоксид углерода. В устройство 1 для риформинга также поступает воздух. При этом газ, который выходит из устройства 1 для риформинга и направляется из последней ступени в конвертер 2, кроме того, включает компонент, содержащийся в воздухе. Более конкретно, газ, выходящий из устройства 1 для риформинга, содержит также азот и тому подобные компоненты. Кроме того, газ содержит также моноксид углерода. Моноксид углерода, присутствующий в этом газе, на последней ступени превращается в диоксид углерода и водород за счет химической реакции с водой в конвертере 2.
Устройство 3 для извлечения диоксида углерода ниже по потоку относительно конвертера 2 извлекает диоксид углерода, присутствующий в составе газа, что позволяет предотвратить поступление диоксида углерода в установку 10 для получения аммиака и нежелательное воздействие на катализатор, используемый при производстве аммиака. Извлечение диоксида углерода в устройстве 3 для извлечения диоксида углерода может быть осуществлено, например, путем приведения щелочного раствора в контакт с газом. Извлеченный диоксид углерода отделяют от щелочного раствора, например, путем нагрева щелочного раствора и последующей подачи в установку 20 для получения мочевины и устройство 116 для приготовления карбонизированной воды в составе устройства 80 для обработки отходящих газов, как будет описано ниже.
Устройство 4 метанизации, размещенное ниже по потоку относительно устройства 3 для извлечения диоксида углерода, превращает в метан как диоксид углерода, который не может быть полностью извлечен с помощью устройства 3 для извлечения диоксида углерода, так и моноксид углерода, который не превращен ни в диоксид углерода в конвертере 2, ни извлечен с помощью устройства 3 для извлечения диоксида углерода. Благодаря извлечению оксидов углерода, таких как моноксид углерода и диоксид углерода в устройстве 4 для метанизации, предотвращается поступление оксидов углерода в установку 10 для производства аммиака. В результате становится возможным устранить вредное влияние на катализатор, используемый при производстве аммиака.
Газ, выходящий из устройства 4 метанизации и поступающий в установку 10 для получения аммиака, содержит водород и аммиак, а также метан в качестве примеси. В установке 10 для получения аммиака, при использовании любого катализатора для получения аммиака, происходит химическая реакция и образуется аммиак, при этом протекающая химическая реакция имеет вид
N2+3H2→2NH3 …(1)
Образовавшийся аммиак проходит через линию 123 подачи аммиака и трубопровод 121 с помощью компрессора 76, и поступает в устройство 22 для производства мочевины установки 20 для производства мочевины. Кроме того, диоксид углерода, извлеченный в устройстве 3 для извлечения диоксида углерода, выходит из упомянутого устройства 3 для извлечения диоксида углерода, проходит по трубопроводу 122, сжимается в компрессоре 21 и нагнетается в устройство 22 для получения мочевины через трубопровод 121.
Устройство 22 для получения мочевины производит мочевину (раствор мочевины) в соответствии с химической реакцией, протекающей по формуле:
2NH3+CO2→(NH2)2CO+H2O …(2)
Раствор мочевины, полученный в установке 20 для производства мочевины, направляется в устройство 60 для гранулирования мочевины. В устройстве 60 для гранулирования мочевины образуются гранулы мочевины, поступающей из установки 20 для производства мочевины. Полученная гранулированная мочевина поставляется в качестве удобрения, подлежащего использованию.
В устройстве 60 для гранулирования мочевины образуются отходящие газы, содержащие аммиак, и карбамидная пыль (именуемая здесь твердым компонентом), которая, например, представляет собой порошкообразную твердую мочевину. Отходящие газы проходят через линию 111 транспортирования отходящих газов и поступают в устройство 80 для очистки отходящих газов. В устройстве 80 для очистки отходящих газов из отходящих газов удаляется упомянутый твердый компонент в результате контакта газ-жидкость между промывочной водой и отходящими газами в пылеуловителе 80А. Отходящие газы, из которых удален твердый компонент, поступают в аммиачный скруббер 80В через трубопровод 112. В аммиачном скруббере 80В аммиак извлекается из отходящих газов посредством контакта газ-жидкость между отходящими газами и абсорбирующей жидкостью, содержащей карбонизированную воду. Отходящие газы, из которых извлечен аммиак, удаляются в атмосферу с помощью выпускной линии 113.
Ниже более подробно, со ссылкой на фиг. 2, описана операция очистки отходящих газов в устройстве 80 для очистки отходящих газов. Отходящие газы, поступающие в пылеуловитель 80А через трубопроводную линию 111 для отходящих газов, проходят вверх через внутреннюю камеру 81а корпуса 81. При этом отходящие газы вступают в контакт газ-жидкость с промывочной водой, распыливаемой форсунками 83 и форсункой 84 и удаляющей твердый компонент из отходящих газов. Твердый компонент, удаленный из отходящих газов, опускается вниз во внутренней камере 81а вместе с промывочной водой. Отходящие газы, перемещаясь вверх через внутреннюю камеру 81а, кроме того, контактируют с тарелкой 85. При этом твердый компонент, присутствовавший в отходящих газах, осаждается на тарелке 85. Форсунка 84 сконфигурирована так, что промывочная вода инжектируется в направлении тарелки 85, и твердый компонент, осаждающийся на тарелку 83, смывается промывочной водой, инжектируемой форсункой 84. Таким образом, предотвращается чрезмерное осаждение твердого компонента на тарелке 85, что предотвращает увеличение потерь давления при прохождении отходящих газов.
С другой стороны, отходящие газы, из которых удален твердый компонент, выходят из верха колонны пылеуловителя 80А и транспортируются по трубопроводной линии 112. Отходящие газы, проходящие через трубопроводную линию 112, поступают в аммиачный скруббер 80В. В аммиачном скруббере 80В отходящие газы, движущиеся вверх через внутреннюю камеру 91а корпуса 91, вступают в контакт газ-жидкость с абсорбирующей жидкостью (включающей карбонизирующую воду), нагнетаемой насосом 92 через линию 96 циркуляции промывочной воды и инжектируемой из форсунки 94, и в результате аммиак, присутствующий в отходящих газа, поглощается абсорбирующей жидкостью и тем самым извлекается из отходящих газов. В абсорбирующей жидкости, накопленной во внутренней камере 91а, аммиак присутствует в жидкости в виде по меньшей мере молекул аммиака или ионов аммиака.
Карбонизированную воду, входящую в состав абсорбирующей жидкости, получают в устройстве 116 для приготовления карбонизированной воды. Устройство 116 для приготовления карбонизированной воды снабжается водой посредством линии 115 подачи воды, а также частью диоксида углерода, проходящего через трубопровод 121 (см. фиг. 1) по линии 118 подачи диоксида углерода. Диоксид углерода растворяется в устройстве 116 водой с получением в результате карбонизированной воды. Хотя это не является ограничением, при использовании в качестве устройства 116 для получения карбонизированной воды генератора мелких пузырьков в воде, например, образуется множество пузырьков каждый размером приблизительно от ста нанометров до нескольких сотен микрон. Более конкретно, например, генерируются пузырьки, каждый из которых имеет размер приблизительно, например, не менее 100 нм и не более 500 мкм. Такой размер соответствует любому из пузырьков непосредственно после образования в генераторе мелких пузырьков и позволяет увеличить период времени существования углекислого газа в воде. Конкретная конструкция генератора мелких пузырьков не является особо ограниченной, и в этом генераторе можно использовать любой метод, такой как эжекторный метод, метод кавитации, метод пульсирующего закрученного потока, метод растворения под давлением или подобный подходящий метод.
Карбонизированная вода, полученная в устройстве 116 для приготовления карбонизированной воды, может быть направлена непосредственно в аммиачный скруббер 80В. Однако предпочтительно, чтобы перед подачей в аммиачный скруббер 80В карбонизированная вода поступала в редуктор 130 давления для уменьшения давления воды до атмосферного давления. При подаче карбонизированной воды, полученной в устройстве 116 для приготовления карбонизированной воды, непосредственно в аммиачный скруббер 80В, диоксид углерода частично выделяется из карбонизированной воды в аммиачном скруббере 80В. Диоксид углерода, выделившейся в аммиачном скруббере 80В, выходит из аммиачного скруббера 80В и выбрасывается в атмосферу с отходящими газами, из которых извлечен аммиак, и, таким образом, утилизация диоксида углерода в этом случае является затруднительной. Напротив, в том случае, когда перед поступлением в аммиачный скруббер 80В диоксид углерода частично выделяется из карбонизированной воды в редукторе давления 130, становится возможным предотвратить выделение диоксида углерода в аммиачном скруббере 80В. Диоксид углерода, выделившийся в редукторе давления 130, через выпускной трубопровод 131 и трубопровод 122, поступает в установку 20 для получения мочевины и, таким образом, используется. В результате становится возможным уменьшить расход диоксида углерода.
Карбонизированная вода, давление которой уменьшено до атмосферного давления в редукторе 130 давления, отводится из редуктора 130 давления с помощью насоса 133 для карбонизированной воды и протекает через линию 132 подачи карбонизированной воды. Карбонизированная вода, протекающая через линию 132 подачи карбонизированной воды, поступает на линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, смешивается с абсорбирующей жидкостью, протекающей через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, и инжектируется из форсунки 94 во внутреннюю камеру 91а аммиачного скруббера 80В.
В воплощении 1 обеспечивается подача карбонизированной воды на линию 96 циркуляции абсорбирующей воды. Однако можно также инжектировать карбонизированную воду непосредственно во внутреннюю камеру 91а. В то же время, при подаче карбонизированной воды на линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости карбонизирующая вода разбавляется абсорбирующей жидкостью, протекающей через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости. Соответственно концентрация диоксида углерода в абсорбирующей жидкости, когда он поступает в аммиачный скруббер 80В, уменьшается, по сравнению со случаем, в котором карбонизирующую воду направляют непосредственно во внутреннюю камеру 91а. Таким образом, количество диоксида углерода, выделяющегося из абсорбирующей жидкости, имеющей низкую концентрацию диоксида углерода, уменьшается по сравнению с количеством диоксида углерода, выделяющегося из карбонизированной жидкости, имеющей высокую концентрацию диоксида углерода. Соответственно, количество диоксида углерода, эффективно используемого для извлечения аммиака в аммиачном скруббере 80В, увеличивается, что позволяет повысить степень извлечения аммиака.
При непрерывном извлечении аммиака из отходящих газов в аммиачном скруббере 80В концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости, накапливающейся во внутренней камере 91а, увеличивается. Соответственно, степень извлечения аммиака уменьшается, и, в конце концов, извлечение аммиака становится невозможным. В связи с этим абсорбирующая жидкость, проходящая через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, частично направляется в отпарную колонну 140 через линию 141 отвода абсорбирующей жидкости. В отпарной колонне 140 осуществляется извлечение аммиака и диоксида углерода, растворенных в абсорбирующей жидкости, за счет нагревания этой жидкости водяным паром или подобным нагревающим агентом. Аммиак и диоксид углерода, извлеченные из абсорбирующей жидкости, могут быть использованы в качестве основных ингредиентов мочевины после их отвода с верха отпарной колонны 140, транспортирования через трубопроводную линию 144 выпуска газа и подачи, например, в вакуумный конденсатор устройства 22 для получения мочевины.
С другой стороны, жидкость, которая получена после удаления аммиака и диоксида углерода из абсорбирующей жидкости в отпарной колонне 140, отводится снизу отпарной колонны 140, нагнетается через линию 142 подачи абсорбирующей жидкости с помощью насоса 143 для нагнетания абсорбирующей жидкости, поступает на линию 87 подачи промывочной воды и может быть повторно использована как часть промывочной воды в пылеуловителе 80А. В результате расход промывочной воды в пылеуловителе 80А может быть уменьшен.
Жидкость, полученная после удаления аммиака и диоксида углерода из абсорбирующей жидкости, используется в качестве части промывочной жидкости в пылеуловителе 80А и/или, вместо этого, может быть направлена в аммиачный скруббер 80В, может быть направлена на линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, или может быть направлена в трубопровод 97 подачи подпиточной воды, может быть непосредственно направлена во внутреннюю камеру 91а. Жидкость, полученная после удаления аммиака и диоксида углерода из абсорбирующей жидкости, имеет концентрацию аммиака меньшую, чем абсорбирующая жидкость, накопленная во внутренней камере 91а. Таким образом, за счет подачи вышеупомянутой жидкости в аммиачный скруббер 80В концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости, накопленной во внутренней камере 91а, уменьшается. Количество аммиака, поглощенного абсорбирующей жидкостью в аммиачном скруббере 80В, увеличивается по мере снижения концентрации аммиака в абсорбирующей жидкости. В результате можно повысить эффективность извлечения аммиака в аммиачном скруббере 80В.
Например, 18 тонн/час абсорбирующей жидкости отбирают из линии 96 циркуляции абсорбирующей жидкости на линию 141 отвода абсорбирующей жидкости, и концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости составляет 1200 ppm (частей на миллион). При удалении, в целом, 3 тонн/час аммиака и диоксида углерода из абсорбирующей жидкости в отпарной колонне 140 15 тонн/час абсорбирующей жидкости поступает из отпарной колонны 140 по меньшей мере в один аппарат из пылеуловителя 80А и аммиачного скруббера 80В, при этом концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости составляет 30 ppm.
Таким образом, при извлечении аммиака из отходящих газов с использованием абсорбирующей жидкости, включающей карбонизированную воду, необходимость в использовании серной кислоты отсутствует. Следовательно, можно осуществить очистку отходящих газов, содержащих аммиак, без использования серной кислоты.
В воплощении 1 устройство 80 для очистки отходящих газов содержит устройство 116 для приготовления карбонизированной воды, осуществляемое путем растворения диоксида углерода в воде. Однако настоящее изобретение этим не ограничено. Может быть использована карбонизированная вода, приготовленная предварительно или полученная в отдельной установке.
В воплощении 1 устройство 80 для очистки отходящих газов состоит из двух колонн, а именно, пылеуловителя 80А и аммиачного скруббера 80В, которые расположены отдельно друг от друга. Однако устройство 80 для очистки отходящих газов может содержать одну колонну, в верхней части которой размещен аммиачный скруббер, а в нижней части колонны расположен пылеуловитель. На фиг. 3 представлена конфигурация единого скруббера 80С, выполненного в виде одной колонны, в верхней части которой размещен аммиачный скруббер 80В, а в нижней части колонны расположен пылеуловитель 80А.
В скруббере 80А, на верхней границе внутренней камеры 81а имеется выпускное отверстие 181 для отходящих газов. Кроме того, выше выпускного отверстия 181 для отходящих газов размещен элемент 191, сужающийся по направлению вверх. Нижний конец элемента 191 выполнен открытым, и упомянутое отверстие 181 для отходящих газов образовано на нижнем конце элемента 191. Верхний конец элемента 191 также выполнен открытым и соединен с цилиндрическим элементом 193. Над цилиндрическим элементом 193 установлен зонтичный элемент 192, предотвращающий поступление в цилиндрический элемент 193 кислотной абсорбирующей жидкости.
Зонтичный элемент 192 прикреплен к цилиндрическому элементу 193 с помощью поддерживающих элементов 194, размещенных с зазорами на равных расстояниях друг от друга по периметру окружности цилиндрического элемента 193. Между соседними поддерживающими элементами 194 образовано отверстие 195 для прохода отходящих газов во внутренний объем 91а аммиачного скруббера 80В.
Отходящие газы, поступающие через отверстие для подачи отходящих газов (не показано), образованное ниже пылеуловителя 80А, проходят вверх через внутреннюю камеру 81а пылеуловителя 80А. При этом, за счет приведения отходящих газов в контакт газ-жидкость с промывочной жидкостью из отходящих газов удаляется твердый компонент.
Отходящие газы, которые перемещаются вверх через внутреннюю камеру 81а, поступают в элемент 191 через отверстие 181 для выпуска отходящих газов. Отходящие газы, поступающие в элемент 191, проходят далее через боковую сторону цилиндрического элемента 193 и отверстие 195 для подачи отходящих газов, как показано утолщенными стрелками на фиг. 3, и входят во внутреннюю камеру 91а аммиачного скруббера 80В. В аммиачном скруббере 80В аммиак, присутствующий в отходящих газах, поглощается абсорбирующей жидкостью. Отходящие газы, из которых извлечен аммиак, проходят вверх колонны аммиачного скруббера 80В и отводятся через выпускную линию 113. Операция приготовления карбонизированной воды, операция извлечения аммиака и диоксида углерода из абсорбирующей жидкости, отведенной из аммиачного скруббера 80В, и другие операции аналогичны осуществляемым в воплощении 1.
Используя в устройстве 80 очистки отходящих газов единый скруббер 80С, можно создать аммиачный скруббер 80В, интегрированный с пылеуловителем 80А, и разместить его выше пылеуловителя 80А. В результате становится возможным уменьшить площадь для размещения устройства 80 для обработки отходящих газов.
(Воплощение 2)
Ниже будет описана установка для производства удобрения в соответствии с воплощением 2. Установка для производства удобрения в соответствии с воплощением 2 создана путем добавления к воплощению 1 охлаждающего устройства, предназначенного для охлаждения абсорбирующей жидкости. В воплощении 2 составляющие элементы, одинаковые с используемыми в воплощении 1 и обозначенные одинаковыми номерам позиций, подробно ещё раз не описаны. Воплощение 2 включает не только конфигурации, схематически представленные на фиг. 1 и 2, но также конфигурацию, представленную на фиг. 3, и некоторые модифицированные примеры, описанные в воплощении 1, если особым образом не указано иное.
Как показано на фиг. 4, в устройстве 80 для обработки отходящих газов в соответствии с воплощением 2 настоящего изобретения линия 96 циркуляции абсорбирующей жидкости снабжена охлаждающим устройством 150, размещенным ниже по потоку от насоса 92, предназначенным для охлаждения абсорбирующей жидкости, транспортируемой через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости. Другие особенности выполнения устройства 80 остаются такими же, как и в воплощении 1. В качестве охлаждающего устройства 150, например, но не для ограничения изобретения, может быть использован теплообменник для осуществления теплообмена с текучей средой, имеющей более низкую температуру, чем абсорбирующая жидкость, проходящая через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости. В качестве вышеупомянутой текучей среды может быть использована любая текучая среда. Может быть также использован жидкий аммиак, полученный в установке 10 для получения аммиака установки 100 для производства удобрения.
Устройство 80 для очистки отходящих газов согласно воплощению 2 настоящего изобретения функционирует так же, как и устройство в воплощении 1, за исключением того, что абсорбирующая жидкость, транспортируемая через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, после выхода из насоса 92 охлаждается в охлаждающем устройстве 150 и инжектируется из форсунки 94 во внутреннюю камеру 91а.
Ниже приведены сведения, касающиеся технического результата, достигаемого за счет уменьшения температуры абсорбирующей жидкости, инжектируемой во внутреннюю камеру 91а. На фиг. 5 схематически изображен небольшой экспериментальный аммиачный скруббер 200. Аммиачный скруббер 200 содержит корпус 201 с внутренней камерой 201а, подающую линию 202 для ввода газа, содержащего аммиак, во внутреннюю камеру 201а, выпускную линию 203 для выпуска газа из верхней точки корпуса 201, линию 204 циркуляции абсорбирующего газа для отвода абсорбирующей жидкости, накопленной во внутренней камере 201а, и последующей подачи абсорбирующей жидкости в газовую среду внутренней камеры 201а, а также насос 205, установленный на линии 204 циркуляции абсорбирующей жидкости. Линия 204 циркуляции абсорбирующей жидкости соединена с линией 206 стока для удаления части абсорбирующей жидкости, проходящей через линию 204 циркуляции абсорбирующей жидкости, и линией 207 подачи карбонизированной воды на линию 204 циркуляции карбонизированной воды. Корпус 201 имеет внешний диаметр 25 мм, а внутренняя камера 201а заполнена металлическими кольцами Рашига диаметром, составляющим четверть дюйма (6,4 мм), служащими насадкой, заполняющей внутреннюю камеру на высоту 470 мм.
Во внутреннюю камеру 201а аммиачного скруббера 200 посредством трубопроводной линии 202 подавали воздух (входящий газ), содержащий аммиак, одновременно в газовую среду внутренней камеры 201а поступала абсорбирующая жидкость, подводимая через линию 204 циркуляции абсорбирующей жидкости, при этом температура абсорбирующей жидкости, накопленной во внутренней камере 201а, составляла в одном случае 36,9°С, а в другом 20°С. Во внутренней камере 201а воздух, содержащий аммиак, был приведен в контакт газ-жидкость с абсорбирующей жидкостью, и затем отведен из внутренней камеры 201а через выпускную линию 203. Воздух (выходящий газ), отводимый через выпускную линию 203, отбирали для измерения концентрации аммиака с помощью газовой хроматографии. Кроме того, с помощью жидкостной хроматографии были измерены концентрация аммиака и концентрация диоксида углерода в абсорбирующей жидкости, отведенной через линию 206 стока. Результаты измерений приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Температура абсорбирующей жидкости (°C) |
||
| 36,9 | 20 | |
| Концентрация аммиака во входящем газе (vppm (количество объемных частей на миллион)) | 190 | 190 |
| Расход входящего газа (Нл/мин) | 6 | 6 |
| Расход абсорбирующей жидкости (мл/мин) | 9 | 9 |
| Концентрация аммиака в выходящем газе (vppm) | 104 | 55 |
| Концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости (мол/л) | 0,0667 | 0,0944 |
| Концентрация диоксида углерода в абсорбирующей жидкости (мол/л) | 0,0636 | 0,0932 |
| Степень извлечения аммиака (%) | 44 | 73 |
Вообще, растворимость газа в жидкости тем выше, чем ниже температура жидкости. Кроме того, как следует из таблицы 1, соответствующие степени растворения диоксида углерода и аммиака увеличиваются с уменьшением температуры абсорбирующей жидкости. В результате степень извлечения аммиака увеличивается по мере снижения температуры абсорбирующей жидкости. Таким образом, как показано на фиг. 4, за счет использования охлаждающего устройства 150 для охлаждения карбонизированной воды, подаваемой в аммиачный скруббер 80В, можно уменьшить температуру карбонизированной воды, поступающей в аммиачный скруббер 80В. Соответственно, количество аммиака, абсорбированного карбонизированной водой, увеличивается, что позволяет увеличить степень извлечения аммиака.
В воплощении 2 охлаждающее устройство 150 размещено на линии 96 циркуляции абсорбирующей жидкости. Однако настоящее изобретение не ограничивается таким расположением. Охлаждающее устройство 150 может быть размещено в любом месте при условии, что такое охлаждающее устройство 150 может охлаждать абсорбирующую жидкость. Например, как показано на фиг. 6, охлаждающее устройство 150 может быть расположено на линии 132 подачи карбонизированной воды ниже по ходу движения потока относительно насоса 133 для карбонизированной воды. Однако при таком расположении, несмотря на то что температура абсорбирующей жидкости вследствие контакта с отходящими газами во внутренней камере 91а уменьшается и степень извлечения аммиака из отходящих газов увеличивается, вся абсорбирующая жидкость, накопленная во внутренней камере 91а, не может быть охлаждена с уменьшением её температуры. При этом аммиак может удаляться из абсорбирующей жидкости, накопленной во внутренней камере 91а. Однако за счет размещения охлаждающего устройства 150 на линии циркуляции абсорбирующей жидкости можно уменьшить температуру абсорбирующей жидкости, накопленной во внутренней камере 91а. Соответственно, количество аммиака, поглощенного абсорбирующей жидкостью, при использовании схемы с размещением охлаждающего устройства 150, представленной на фиг. 4, увеличивается по сравнению со схемой согласно фиг. 6, что позволяет увеличить степень извлечения аммиака.
Как отмечено выше, воплощение 2 является видоизмененным примером воплощения 1, и в воплощении 2 абсорбирующая жидкость, проходящая через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, также, как и в воплощении 1, частично направляется в отпарную колонну 140 посредством линии 141 отвода абсорбирующей жидкости, как показано на фиг. 4 и фиг. 6. Однако абсорбирующая жидкость может быть направлена в устройство 22 для производства мочевины.
(Воплощение 3)
Ниже будет описана установка для производства удобрения в соответствии с воплощением 3. В отличие от воплощений 1 или 2, схема установки для производства удобрения согласно воплощению 3 предусматривает раздельную подачу карбонизированной воды не менее чем из двух мест, которые находятся на различной высоте аммиачного скруббера 80В. Воплощение 3 с раздельной подачей карбонизированной воды, в отличие от конфигурации установки согласно воплощению 1, будет описано ниже. Вместе с тем, воплощение 3 может иметь конфигурацию, в которой карбонизированную воду подают раздельно, в отличие от схемы, соответствующей воплощению 2. В воплощении 3 составляющие элементы, одинаковые с используемыми в воплощении 1 и обозначенные одинаковыми номерам позиций, подробно вновь не описаны. Воплощение 1 включает не только принципиальные схемы установки, представленные на фиг. 1 и 2, но также схему, представленную на фиг. 3, и некоторые модифицированные примеры, описанные в воплощении 1, если не указано особым образом иное.
Как показано на фиг. 7, три тарелки (полки) 98, выполненные из пористых плит, установлены в различных местах по высоте аммиачного скруббера 80В внутри корпуса 91 аммиачного скруббера 80В. Внутри корпуса 91 размещены также переточные трубы 99, обеспечивающие возможность стекания вниз абсорбирующей жидкости, накапливающейся на каждой из тарелок. От линии 132 подачи карбонизированной воды ответвляется линия 134 подачи карбонизированной воды. Указанное ответвление 134 линии подачи карбонизированной воды соединено с корпусом 91 на уровне размещения одной из переточных труб 99 (верхняя переточная труба из трех переточных труб 99 на фиг. 7). Другие конфигурации являются такими, как и в воплощении 1.
Функционирование устройства 80 для очистки отходящих газов в соответствии с воплощением 3 настоящего изобретения такое же, как и в воплощении 1, за исключением того, что карбонизированная вода поступает на линию 96 циркуляции карбонизированной воды не только через линию 132 подачи карбонизированной воды, но также часть карбонизированной воды поступает непосредственно во внутреннюю камеру 91а через ответвление 134 линии подачи карбонизированной воды. Поскольку ответвление 134 линии подачи карбонизированной воды соединено с корпусом 91 на уровне размещения переточной трубы 99, карбонизированная вода, протекающая через ответвление 134 линии подачи карбонизированной воды, смешивается с абсорбирующей жидкостью, стекающей вниз через переточную трубу 99.
Во внутренней камере 91а абсорбирующая жидкость инжектируется в направлении тарелок 98 из форсунки 94. Несмотря на то, что в тарелках 98 выполнено множество отверстий, через эти отверстия во внутренней камере 91а проходят вверх главным образом отходящие газы, и, следовательно, абсорбирующая жидкость протекает через эти отверстия вниз лишь в незначительном количестве. Большая часть абсорбирующей жидкости, находящейся на каждой из тарелок 98, концентрируется в направлении соответствующей одной из переточных труб 99, имеющей площадь поперечного сечения, которая много меньше поперечного сечения внутренней камеры 91а, и стекает вниз через переточную камеру 99, падая на тарелку 98 одной расположенной ниже ступени. Во внутренней камере 91а, абсорбирующая жидкость, повторяя эту операцию, проходит вниз на соответствующую тарелку и скапливается в нижней части внутренней камеры 91а.
По мере того, как абсорбирующая жидкость, движущаяся вниз во внутренней камере 91а, растекается на тарелках 98 в радиальном направлении, указанная абсорбирующая жидкость скапливается в переточной трубе 99, имеющей относительно узкое проходное сечение, и протекает вниз от одной тарелки 98 в направлении расположенной ниже тарелки 98. При подаче карбонизированной воды в переточную трубу 99, имеющую относительно узкое проходное сечение, карбонизированная вода может быть эффективно распределена в абсорбирующей жидкости, по сравнению со случаем, в котором карбонизированную воду подают в абсорбирующую жидкость при её растекании в радиальном направлении на тарелках 98. В результате количество аммиака, поглощенного абсорбированной жидкостью, увеличивается, что позволяет повысить степень извлечения аммиака.
Далее будет показан технический результат, достигаемый за счет раздельной подачи карбонизированной воды. На фиг. 8 представлена принципиальная схема небольшого экспериментального аммиачного скруббера 300. Аммиачный скруббер 300 содержит корпус 301 с внутренней камерой 301а, линию 302 подачи газа (входящий газ), содержащего аммиак, во внутреннюю камеру 301а, выпускную линию 303 для выпуска газа из верхней точки корпуса 301, линию 304 циркуляции абсорбирующей жидкости для отвода абсорбирующей жидкости (карбонизированной воды), накопленной во внутренней камере 301а и подачи абсорбирующей жидкости в газовую среду внутренней камеры 301а, и насос 305, установленный на линии 304 циркуляции абсорбирующей жидкости. Линия 304 циркуляции абсорбирующей жидкости соединена с линией 306 стока, предназначенной для частичного отбора абсорбирующей жидкости, протекающей через линию 304 циркуляции абсорбирующей жидкости, и с линией 307 подачи карбонизированной воды на линию 304 циркуляции абсорбирующей жидкости.
Внутри корпуса 301 размещены три тарелки 308, каждая из которых выполнена из пористой плиты. Тарелки размещены на различных уровнях в различных местах по высоте корпуса 301. Внутри корпуса 301 размещены также переточные трубы 309, обеспечивающие возможность стекания вниз абсорбирующей жидкости с каждой из тарелок 308. От линии 307 подачи карбонизированной воды ответвлен трубопровод 310 подачи карбонизированной воды. Ответвленный трубопровод 310 линии подачи карбонизированной воды соединен с корпусом 301 на уровне расположения одной из переточных труб 309 (верхняя переточная труба из трех переточных труб 309 на фиг. 8). Ответвленный трубопровод 310 линии подачи карбонизированной воды снабжен двухпозиционным клапаном 311.
Абсорбирующую жидкость, находящуюся во внутренней камере 301а аммиачного скруббера 300, транспортировали через линию 304 циркуляции абсорбирующей жидкости, из которой абсорбирующая жидкость поступала в газовую среду внутренней камеры 301а, и входящий газ направлялся во внутреннюю камеру 301а через линию подачи 302 в случае, когда двухпозиционный клапан 311 был закрыт, и в случае, когда двухпозиционный клапан 311 был открыт, другими словами, в случае, когда карбонизированную воду подавали без разделения и когда карбонизированную воду подавали разделенной на два потока. Во внутренней камере 301а входящий газ контактировал с абсорбирующей жидкостью и затем отводился из внутренней камеры 301а через выпускную линию 303. Газ, выходящий через выпускную линию 303 (выходящий газ), отбирали для измерения концентрации аммиака, проводимого с помощью газовой хроматографии. Кроме того, с помощью жидкостной хроматографии измеряли концентрацию аммиака и концентрацию диоксида углерода в абсорбирующей жидкости, отведенной через линию 306 отбора. Результаты измерений приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Способ подачи карбонизированной воды | ||
| Без разделения | С разделением на две части | |
| Концентрация аммиака во входящем газе (vppm) | 190 | 190 |
| Расход входящего газа (Нл/мин) | 6 | 6 |
| Расход абсорбирующей жидкости (мл/мин) | 9 | 9 |
| Концентрация аммиака в выходящем газе (vppm) | 122 | 95 |
| Концентрация аммиака в абсорбирующей жидкости (мол/л) | 0,0705 | 0,0705 |
| Концентрация диоксида углерода в абсорбирующей жидкости (мол/л) | 0,0727 | 0,0727 |
| Степень извлечения аммиака (%) | 34 | 47 |
Из таблицы 2 следует, что степень извлечения аммиака в том случае, когда карбонизированную воду подавали разделенной на две части, в 1,38 раза выше по сравнению со случаем, в котором карбонизированную воду подавали без разделения потока карбонизированной воды. То есть, когда карбонизированную воду подавали разделенной на две части, количество аммиака, абсорбированного карбонизированной водой, увеличивалось по сравнению со случаем, в котором карбонизированную воду подавали без упомянутого разделения. Таким образом, благодаря раздельной подаче карбонизированной воды можно увеличить степень извлечения аммиака.
В воплощении 3 карбонизированная вода подается разделенной на две части. Однако карбонизированную воду можно подводить разделенной не менее чем на три части. Кроме того, в этом воплощении участок корпуса 91а, в который непосредственно подводится карбонизированная вода, не обязательно должен быть участком размещения переточной трубы 99. Кроме того, отсутствует необходимость в том, чтобы полка аммиачного скруббера была пористой плитой, и возможна конфигурация, в которой на тарелке установлено множество элементов, с промежутками один относительно другого, каждый из которых содержит контактную насадку.
В воплощении 3 в корпусе 91 установлено три тарелки 98. Однако количество тарелок не ограничено тремя. Могут быть размещены одна или две тарелки, или может быть размещено не менее четырех тарелок.
Как отмечено выше, поскольку воплощение 3 является модифицированным примером воплощения 1, в воплощении 3 абсорбирующая жидкость, протекающая через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости, частично направляется в отпарную колонну 140 через линию 141 отвода абсорбирующей жидкости, как показано на фиг. 7. Однако указанная абсорбирующая жидкость может быть направлена в устройство 22 для получения мочевины.
В каждом из воплощений 1-3, как показано на фиг. 2-4, 6 и 7, место, из которого в аммиачный скруббер 80В поступает подпиточная вода, предпочтительно находится по высоте аммиачного скруббера 80В выше, чем место, из которого подводится карбонизированная вода (включая случай, в котором карбонизированную воду подают смешанной с абсорбирующей жидкостью, протекающей через линию 96 циркуляции абсорбирующей жидкости). При такое схеме карбонизированную воду направляют в аммиачный скруббер 80В на уровне, находящемся ниже уровня подвода подпиточной воды в аммиачный скруббер 80В. При этом подпиточная вода уменьшает выделение диоксида углерода с внешней поверхности карбонизированной воды, что позволяет предотвратить уменьшение количества аммиака, абсорбированного в абсорбирующую жидкость и предотвратить уменьшение степени извлечения аммиака.
В каждом из воплощений 1-3 устройство 80 для очистки отходящих газов представляет собой устройство для очистки отходящих газов, генерируемых в установке 100 для производства удобрения. Однако настоящее изобретение не ограничено этим случаем. Устройство 80 для очистки отходящих газов, согласно настоящему изобретению, может быть использовано в любой или подобной установке при условии, что устройство 80 для очистки отходящих газов предназначено для извлечения аммиака из газа, содержащего аммиак.
Перечень ссылочных позиций
10 – установка для получения аммиака
20 – установка для получения мочевины
60 - устройство для гранулирования мочевины
80А –пылеуловитель
80В – аммиачный скруббер
96 – линия циркуляции абсорбирующей жидкости
98 – тарелка (полка)
99 – переточная труба
100 – установка для производства удобрения
116 – устройство для приготовления карбонизированной воды
130 – редуктор давления
140 - отпарная колонна
150 – охлаждающее устройство
1. Устройство для очистки отходящих газов, содержащих аммиак, в состав которого входят аммиачный скруббер для приведения отходящих газов в контакт газ-жидкость с абсорбирующей жидкостью, содержащей карбонизированную воду, и отпарная колонна для извлечения из абсорбирующей жидкости, отведенной из аммиачного скруббера, аммиака и диоксида углерода, растворенных в абсорбирующей жидкости.
2. Устройство для очистки отходящих газов по п. 1, дополнительно содержащее устройство для приготовления карбонизированной воды, предназначенное для получения карбонизированной воды из диоксида углерода и воды; и редуктор давления для снижения давления карбонизированной воды, полученной в устройстве для приготовления карбонизированной воды, до атмосферного давления, при этом карбонизированную воду, выходящую из редуктора давления, направляют в аммиачный скруббер.
3. Устройство для очистки отходящих газов по п. 1 или 2, в котором абсорбирующую жидкость, из которой в отпарной колонне извлечены аммиак и диоксид углерода, по меньшей мере частично направляют в аммиачный скруббер.
4. Устройство для очистки отходящих газов по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее пылеуловитель для удаления твердого компонента из отходящих газов за счет контакта газ-жидкость отходящих газов перед их поступлением в аммиачный скруббер с промывочной жидкостью, при этом абсорбирующую жидкость, из которой в отпарной колонне удалены аммиак и диоксид углерода, по меньшей мере частично направляют в пылеуловитель в качестве по меньшей мере части промывочной жидкости.
5. Устройство для очистки отходящих газов по любому из пп. 1-4, в котором аммиачный скруббер снабжен линией циркуляции абсорбирующей жидкости, предназначенной для отвода накопленной абсорбирующей жидкости, подлежащей возвращению в газовую среду аммиачного скруббера, и в котором карбонизированную воду направляют на линию циркуляции абсорбирующей жидкости.
6. Устройство для очистки отходящих газов по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее охлаждающее устройство для охлаждения карбонизированной воды, подаваемой в аммиачный скруббер.
7. Устройство для очистки отходящих газов по п. 5, дополнительно содержащее охлаждающее устройство для охлаждения абсорбирующей жидкости, протекающей через линию циркуляции абсорбирующей жидкости.
8. Устройство для очистки отходящих газов по любому из пп. 1-7, в котором во внутреннем объеме аммиачного скруббера размещено некоторое количество полок и в котором карбонизированную воду подают раздельно не менее чем из двух мест, которые находятся на различных уровнях по высоте аммиачного скруббера.
9. Устройство для очистки отходящих газов по п. 8, в котором во внутреннем объеме аммиачного скруббера размещена переточная труба, обеспечивающая стекание вниз абсорбирующей жидкости, находящейся на полках, и карбонизированную воду, поступающую по меньшей мере из одного из не менее двух мест, направляют в переточную трубу.
10. Устройство для очистки отходящих газов по любому из пп. 1-9, в котором подпиточная вода, подаваемая в аммиачный скруббер, поступает из места, находящегося по высоте аммиачного скруббера выше, чем место, из которого в аммиачный скруббер поступают карбонизированная вода и абсорбирующая жидкость.
11. Установка для производства удобрения из исходного газообразного материала, содержащего метан, в состав которой входят установка для получения аммиака, предназначенная для получения аммиака из газообразного исходного материала; установка для производства мочевины, предназначенная для производства раствора мочевины за счет реакции аммиака с диоксидом углерода; устройство для получения гранулированной мочевины из раствора мочевины; и устройство для очистки отходящих газов в соответствии с любым из пп. 1-10, предназначенное для очистки отходящих газов, отводимых из устройства для гранулирования мочевины.
12. Установка для производства удобрения по п. 11, в которой аммиак и диоксид углерода, извлеченные из абсорбирующей жидкости в отпарной колонне, предназначены для подачи в установку для производства мочевины.
