RU2832627C1 - Modernization of plants for combined synthesis of ammonia and urea - Google Patents
Modernization of plants for combined synthesis of ammonia and urea Download PDFInfo
- Publication number
- RU2832627C1 RU2832627C1 RU2022129065A RU2022129065A RU2832627C1 RU 2832627 C1 RU2832627 C1 RU 2832627C1 RU 2022129065 A RU2022129065 A RU 2022129065A RU 2022129065 A RU2022129065 A RU 2022129065A RU 2832627 C1 RU2832627 C1 RU 2832627C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- steam
- urea
- pressure
- ammonia
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиField of technology
В целом, изобретение относится к области установок совместного синтеза аммиака и мочевины. В частности, изобретение относится к модернизации (переоборудованию) установок совместного синтеза аммиака и мочевины, и эффективной интеграции паровых сетей аммиачной секции и секции мочевины.In general, the invention relates to the field of ammonia and urea co-synthesis plants. In particular, the invention relates to the modernization (re-equipment) of ammonia and urea co-synthesis plants, and the effective integration of steam networks of the ammonia section and the urea section.
Уровень техникиState of the art
В промышленности мочевину получают реакцией аммиака и диоксида углерода. Производство аммиака обычно включает генерирование подпиточного синтез-газа путем риформинга, очистку синтез-газа и каталитическую конверсию синтез-газа для получения аммиака. Очистка синтез-газа обычно включает конверсию сдвига моноксида углерода СО в диоксид углерода СО2 и удаление СО2.Industrially, urea is produced by the reaction of ammonia and carbon dioxide. Ammonia production typically involves the generation of make-up syngas by reforming, purification of the syngas, and catalytic conversion of the syngas to produce ammonia. Purification of the syngas typically involves shift conversion of carbon monoxide CO to carbon dioxide CO 2 and removal of CO 2 .
Таким образом, производство аммиака и мочевины может быть успешно объединено. Установка получения мочевины, присоединенная к установке получения аммиака, может использовать в качестве исходного материала весь аммиак или часть аммиака, полученного в установке получения аммиака, а также СО2, извлеченный из синтез-газа в процессе очистки.Thus, the production of ammonia and urea can be successfully combined. A urea plant connected to an ammonia plant can use as feedstock all or part of the ammonia produced in the ammonia plant, as well as CO 2 recovered from the synthesis gas in the purification process.
Термином "установка совместного синтеза аммиака и мочевины" называют установку, включающую аммиачную секцию, где вырабатывается мочевина, и секцию мочевины, в которой по меньшей мере часть аммиака, полученного в аммиачной секции, используется для синтеза мочевины. Предпочтительно, также часть или весь диоксид углерода, извлеченный из синтез-газа в аммиачной секции, используется для синтеза мочевины. При необходимости, может добавляться свежий диоксид углерода.The term "ammonia and urea co-synthesis unit" refers to a unit comprising an ammonia section where urea is produced and a urea section where at least part of the ammonia produced in the ammonia section is used to synthesize urea. Preferably, also part or all of the carbon dioxide recovered from the synthesis gas in the ammonia section is used to synthesize urea. If necessary, fresh carbon dioxide can be added.
Аммиачная секция обычно включает головную секцию для вырабатывания синтез-газа паровым риформингом и его очистки, и секцию синтеза, где происходит каталитическая реакция синтез-газа для получения аммиака. Головная секция, в свою очередь, включает секцию риформинга и секцию очистки. Секция риформинга может быть устроена по-разному, например, может включать первичный риформер и вторичный риформер, автотермический риформер и др.The ammonia section usually includes a head section for producing synthesis gas by steam reforming and its purification, and a synthesis section, where the catalytic reaction of synthesis gas occurs to produce ammonia. The head section, in turn, includes a reforming section and a purification section. The reforming section can be arranged in different ways, for example, it can include a primary reformer and a secondary reformer, an autothermal reformer, etc.
Секция очистки обычно включает один или более конвертеров сдвига для конверсии СО в СО2, и секцию удаления СО2. В секции удаления СО2 могут использоваться различные способы отделения СО2, например, аминовая абсорбция или другие, например, адсорбция с перепадом температуры (TSA) или адсорбция с перепадом давления (PSA).The purification section typically comprises one or more shift converters for converting CO to CO2 , and a CO2 removal section. The CO2 removal section may employ various CO2 separation methods, such as amine absorption or others, such as temperature swing adsorption (TSA) or pressure swing adsorption (PSA).
Очищенный синтез-газ для синтеза аммиака должен иметь подходящее отношение азота к водороду. При необходимости, азот может быть добавлен в синтез-газ для достижения целевого отношения.The purified syngas for ammonia synthesis must have a suitable nitrogen to hydrogen ratio. If necessary, nitrogen can be added to the syngas to achieve the target ratio.
Синтез аммиака выполняется при высоком давлении, что означает необходимость сжатия синтез-газа. Компрессором обычно является многоступенчатый компрессор, приводимый в действие паровой турбиной.Ammonia synthesis is carried out at high pressure, which means that the synthesis gas must be compressed. The compressor is usually a multi-stage compressor driven by a steam turbine.
Исходным материалом для парового риформинга может быть подходящий углеводород, например природный газ.The feedstock for steam reforming can be a suitable hydrocarbon, such as natural gas.
В секции мочевины может использоваться любой известный способ синтеза мочевины, но наиболее предпочтительным является получение мочевины с использованием процесса отпарки. Термином "процесс отпарки" называют процесс, в котором отходящий поток реактора синтеза мочевины проходит обработку в отпарном аппарате (стриппере) для удаления неконвертированных аммиака и диоксида углерода.The urea section may use any known method for synthesis of urea, but the most preferred method is to obtain urea using a stripping process. The term "stripping process" refers to a process in which the effluent from the urea synthesis reactor is treated in a stripper to remove unconverted ammonia and carbon dioxide.
Согласно процессу отпарки, секция мочевины может включать секцию синтеза мочевины высокого давления и регенерационную секцию. Секция синтеза высокого давления работает при давлении более 100 бар, обычно от 140 до 200 бар. Реагенты должны быть сжаты до столь высокого давления. В частности диоксид углерода, будь это поток свежего газа и/или СО2, извлеченный из синтез-газа, должен сжиматься до давления синтеза мочевины. Также, как и компрессор аммиачного синтез-газа, компрессором СО2 является большой, многоступенчатый компрессор, обычно приводимый в действие паровой турбиной.According to the stripping process, the urea section may include a high-pressure urea synthesis section and a regeneration section. The high-pressure synthesis section operates at pressures in excess of 100 bar, typically 140 to 200 bar. The reactants must be compressed to these high pressures. In particular, carbon dioxide, whether it is a fresh gas stream and/or CO 2 recovered from the synthesis gas, must be compressed to the urea synthesis pressure. Like the ammonia synthesis gas compressor, the CO 2 compressor is a large, multi-stage compressor, typically driven by a steam turbine.
Регенерационная секция в основном предназначена для извлечения и регенерации непрореагировавших реагентов, содержащихся в содержащем мочевину растворе, полученном в секции синтеза, и может работать при одном или более меньшем(-их) давлении(-ях). В частности, установка получения мочевины может включать регенерационную секцию низкого давления или регенерационную секцию среднего давления, за которой следует регенерационная секция низкого давления.The regeneration section is mainly intended to recover and regenerate unreacted reactants contained in the urea-containing solution obtained in the synthesis section, and may operate at one or more lower pressure(s). In particular, the urea production plant may include a low-pressure regeneration section or a medium-pressure regeneration section followed by a low-pressure regeneration section.
Секция синтеза высокого давления включает по меньшей мере реактор синтеза мочевины, отпарной аппарат высокого давления и конденсатор высокого давления. Опционально она может включать газоочиститель для паров, отводимых из реактора.The high-pressure synthesis section comprises at least a urea synthesis reactor, a high-pressure stripper and a high-pressure condenser. Optionally, it may comprise a scrubber for the vapors removed from the reactor.
Реактор синтеза мочевины служит источником отходящего потока реактора (содержащего мочевину водного раствора), содержащего значительное количество неконвертированного аммиака и диоксида углерода, преимущественно в форме карбамата аммония. В отпарном аппарате отходящий поток реактора нагревается и, опционально, вводится в контакт с отпарным газом (например, диоксидом углерода) для разложения карбамата аммония на аммиак и диоксид углерода с дальнейшим отведением аммиака и диоксида углерода в газовой фазе. Обычно отпарной аппарат представляет собой кожухотрубное устройство с паровым подогревом.The urea synthesis reactor produces a reactor effluent (aqueous solution containing urea) containing significant amounts of unconverted ammonia and carbon dioxide, primarily in the form of ammonium carbamate. In a stripper, the reactor effluent is heated and optionally contacted with a stripping gas (e.g., carbon dioxide) to decompose the ammonium carbamate into ammonia and carbon dioxide, with the ammonia and carbon dioxide then being removed in the gas phase. Typically, the stripper is a steam-heated shell-and-tube device.
Пары отпарного аппарата, содержащие аммиак и СО2, извлеченные из отходящего потока реактора, конденсируются в конденсаторе высокого давления для получения конденсата, который возвращается в реактор.The stripper vapors containing ammonia and CO2 recovered from the reactor effluent are condensed in a high pressure condenser to produce condensate, which is returned to the reactor.
Содержащий мочевину раствор, полученный из отпарного аппарата, далее подвергается обработке в регенерационной секции. Обработка в регенерационной секции включает нагревание раствора в устройстве разложения карбамата и конденсацию получаемых при этом паров с получением раствора карбамата, который может быть возвращен в секцию высокого давления, например, введен в конденсатор высокого давления.The urea-containing solution obtained from the stripper is then processed in a regeneration section. Processing in the regeneration section involves heating the solution in a carbamate decomposition device and condensing the vapors obtained thereby to obtain a carbamate solution, which can be returned to the high-pressure section, for example, introduced into a high-pressure condenser.
Наиболее распространенными процессами отпарки являются: процесс отпарки диоксидом углерода, процесс самоотпарки и процесс отпарки аммиаком. В процессе отпарки СО2 (разработан компанией Stamicarbon) отпарка содержащего мочевину раствора выполняется с использованием газообразного СО2 в качестве отпаривающего агента, а последующая регенерация обычно выполняется в одной регенерационной секции при низком давлении. В процессе самоотпарки отпарка выполняется без отпаривающего агента, и регенерация выполняется в секции среднего давления и последующей секции низкого давления. Процесс отпарки аммиаком является разновидностью процесса самоотпарки, в котором газообразный аммиак вводится в отпарной аппарат в качестве отпаривающего агента, а регенерация также выполняется при среднем давлении и низком давлении.The most common stripping processes are: carbon dioxide stripping process, self-stripping process and ammonia stripping process. In the CO2 stripping process (developed by Stamicarbon), stripping of the urea-containing solution is performed using CO2 gas as a stripping agent, and subsequent regeneration is usually performed in a single regeneration section at low pressure. In the self-stripping process, stripping is performed without a stripping agent, and regeneration is performed in a medium-pressure section and a subsequent low-pressure section. The ammonia stripping process is a kind of self-stripping process in which gaseous ammonia is introduced into the stripper as a stripping agent, and regeneration is also performed at medium pressure and low pressure.
Аммиачная секция и секция мочевины включают паровую сеть. Этот термин обозначает совокупность различных парогенераторов и потребителей пара, а также соединяющих их магистральных соединителей.The ammonia section and the urea section include a steam network. This term refers to the set of various steam generators and steam consumers, as well as the main connectors that connect them.
Парогенератором обычно является компонент оборудования, в котором из технологического пара отбирается тепло. Примерами служат газоохладитель, предназначенный для охлаждения горячего газа из процесса риформинга перед конверсией сдвига, или конденсатор (например, конденсатор высокого давления секции мочевины) в котором тепло конденсации передается охлаждающей воде и происходит генерирование пара.A steam generator is typically a piece of equipment that recovers heat from process steam. Examples include a gas cooler designed to cool hot reforming gas prior to shift conversion, or a condenser (such as the high-pressure condenser of a urea section) where the heat of condensation is transferred to cooling water to generate steam.
Потребителем пара может быть расширитель пара, например, паровые турбины компрессора синтез-газа и компрессор СО2, либо компонент оборудования, потребляющий тепло. Например, секции удаления СО2 головной секции синтеза аммиака может потребоваться тепло для регенерации раствора поглощения СО2. Другие примеры потребителей пара включают, например, отпарной аппарат высокого давления и устройства разложения карбамата в регенерационной секции. Потребителей пара можно разделить на потребителей энергии (ПЭ), использующих пар для генерирования мощности (например турбины), и потребителей тепла (ПТ), в которых пар используется для подведения нужного количества тепла в процесс (например, в отпарной аппарат или устройство разложения).A steam consumer may be a steam expander, such as the steam turbines of a synthesis gas compressor and a CO2 compressor, or a piece of equipment that consumes heat. For example, the CO2 removal section of a head end ammonia synthesis section may require heat to regenerate the CO2 absorption solution. Other examples of steam consumers include, for example, a high pressure stripper and carbamate decomposers in a regeneration section. Steam consumers can be divided into power consumers (PCUs), which use steam to generate power (e.g. turbines), and heat consumers (HCUs), which use steam to supply the required heat to a process (e.g. a stripper or decomposer).
Парогенератор может генерировать пар при высоком давлении или при низком давлении, в зависимости от температуры источника тепла, например, технологического пара, от которого отбирается тепло. Обычно количество пара высокого давления (ВД), которое может быть получено рекуперацией тепла, ограничено, и пар ВД может вырабатываться вспомогательными паровыми котлами.The steam generator can generate steam at high pressure or at low pressure, depending on the temperature of the heat source, such as process steam, from which heat is extracted. Typically, the amount of high pressure (HP) steam that can be obtained by heat recovery is limited, and HP steam can be generated by auxiliary steam boilers.
В существующих установках совместного синтеза аммиака и мочевины, каждая из аммиачной секции и секции мочевины имеет свою собственную паровую сеть. Часть пара высокого давления, обычно вырабатываемого во вспомогательном паровом котле, обычно передается из паровой сети аммиачной секции в паровую сеть секции мочевины для питания паровой турбины компрессора СО2. Пар среднего давления (примерно 23 бар), выходящий из этой турбины, обычно используется для нагревания отпарного аппарата высокого давления (т.е., снабжает теплом разложение карбамата). Пар низкого давления для других потребителей тепла секции мочевины вырабатывается конденсатором карбамата контура синтеза, обычно при давлении примерно 3,5 бар.In existing ammonia-urea co-synthesis plants, each of the ammonia section and the urea section has its own steam network. Part of the high-pressure steam, normally generated in an auxiliary steam boiler, is usually transferred from the ammonia section steam network to the urea section steam network to feed the CO 2 compressor steam turbine. The medium-pressure steam (approximately 23 bar) leaving this turbine is usually used to heat the high-pressure stripper (i.e., to supply heat for the carbamate decomposition). Low-pressure steam for other heat consumers of the urea section is generated by the carbamate condenser of the synthesis loop, typically at a pressure of about 3.5 bar.
Регенерационная секция среднего давления, при ее наличии, обычно включает устройство разложения карбамата, для которого требуется пар при давлении более высоком, чем давление пара, вырабатываемого в конденсаторе карбамата, например, около 5,5 бар. В секции мочевины отсутствует парогенератор, способный вырабатывать пар при таком давлении, поэтому этот пар обычно вырабатывают смешиванием в эжекторе части пара среднего давления, отбираемого из вышеупомянутой турбины компрессора СО2, с частью пара низкого давления, вырабатываемого конденсатором карбамата. Однако, как известно, эжекторы имеют низкую эффективность.The medium pressure regeneration section, if present, usually includes a carbamate decomposition device, which requires steam at a pressure higher than that produced in the carbamate condenser, for example about 5.5 bar. The urea section does not have a steam generator capable of producing steam at this pressure, so this steam is usually produced by mixing in an ejector a portion of the medium pressure steam taken from the above-mentioned CO 2 compressor turbine with a portion of the low pressure steam produced by the carbamate condenser. However, ejectors are known to have low efficiency.
Аммиачная секция может также вырабатывать избыток пара низкого давления (НД), например, в результате ее доработки. В частности, избыток пара низкого давления может быть результатом установки турбины с противодавлением для приведения в действие вспомогательного оборудования, или модернизации существующих потребителей тепла, например, модернизации регенерационной секции СО2 для уменьшения потребляемого ею тепла.The ammonia section may also produce excess low pressure (LP) steam, for example as a result of its modification. In particular, excess LP steam may result from the installation of a back pressure turbine to drive auxiliary equipment, or from modification of existing heat consumers, for example, by upgrading the CO2 recovery section to reduce its heat consumption.
В этом случае, когда имеется дополнительный пар НД, в существующих установках предполагается его использование в аммиачной секции путем установки подходящих потребителей, например, паропоглощающих систем охлаждения или термохимических насосов, которые, однако, отличаются высокой стоимостью и низкой эффективностью.In this case, when additional LP steam is available, it is assumed in existing installations that it will be used in the ammonia section by installing suitable consumers, such as steam absorption cooling systems or thermochemical pumps, which, however, are characterized by high cost and low efficiency.
Кроме того, упомянутое выше смешивание пара среднего давления с паром НД неэффективно энергетически. Неэффективная рекуперация тепловой энергии повышает потребление топлива установкой. Топливо может включать, в частности, топливо огневой печи, используемой в первичном риформинге, и топливо для вспомогательных паровых котлов, производящих пар.In addition, the above-mentioned mixing of medium-pressure steam with low-pressure steam is inefficient in terms of energy. Inefficient heat recovery increases the fuel consumption of the plant. Fuel may include, in particular, fuel for the fired furnace used in the primary reforming and fuel for the auxiliary steam boilers producing steam.
Таким образом, существует необходимость обеспечения более эффективного использования пара и интеграции паровых сетей в установках совместного синтеза аммиака и мочевины, в частности, при модернизации установки и наличия большего количества пара НД в аммиачной секции в результате модернизации.There is therefore a need to ensure more efficient steam utilization and integration of steam networks in ammonia and urea co-synthesis units, particularly when upgrading the unit and having more LP steam available in the ammonia section as a result of the upgrade.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Особенностью изобретения является способ модернизации установки совместного синтеза аммиака и мочевины согласно пункту 1 формулы изобретения.A special feature of the invention is a method for modernizing a plant for the joint synthesis of ammonia and urea according to paragraph 1 of the formula of the invention.
Модернизация включает обеспечение отведения пара низкого давления от аммиачной секции в секцию мочевины для использования в по меньшей мере одном потребителе пара в секции мочевины. Этот пар низкого давления, передаваемый (отводимый) из аммиачной секции в секцию мочевины, имеет давление не выше 6 бар, предпочтительно, от 2 до 6 бар. Еще более предпочтительно использование пара под давлением от 3 бар до 4 бар. Это давление в потребителе тепла установки синтеза мочевины.The modernization includes providing a low-pressure steam diversion from the ammonia section to the urea section for use in at least one steam consumer in the urea section. This low-pressure steam transferred (diversion) from the ammonia section to the urea section has a pressure of no more than 6 bar, preferably from 2 to 6 bar. Even more preferably, the use of steam under a pressure of 3 bar to 4 bar is preferred. This is the pressure in the heat consumer of the urea synthesis plant.
Этот излишек пара низкого давления для секции мочевины может быть использован различным образом в соответствии с особенностями секции мочевины и типа процесса синтеза мочевины. Секция мочевины может быть доработана с учетом излишка пара НД, поступающего из аммиачной секции.This excess low pressure steam for the urea section can be used in different ways according to the characteristics of the urea section and the type of urea synthesis process. The urea section can be modified to take into account the excess LP steam coming from the ammonia section.
Предпочтительно, секция мочевины дорабатывается, чтобы приспособить ее для пара низкого давления, отводимого из аммиачной секции в секцию мочевины. В результате этого может быть уменьшено потребление пара среднего давления.Preferably, the urea section is modified to accommodate low-pressure steam diverted from the ammonia section to the urea section. As a result, the consumption of medium-pressure steam can be reduced.
В некоторых вариантах осуществления секция мочевины может быть модифицирована для вырабатывания внутри нее пара при давлении более высоком, чем давление пара, поступающего из аммиачной секции, для конкретного потребителя пара, например, устройства разложения карбамата регенерационной секции среднего давления. Поступающий пар далее используется для удовлетворения потребности в паре низкого давления. Этой внутренней генерацией пара можно заменить малоэффективное смешивание пара СД и пара НД, что благоприятно отразится на общем потреблении топлива.In some embodiments, the urea section may be modified to generate steam internally at a pressure higher than the pressure of the steam coming from the ammonia section for a specific steam consumer, such as the carbamate decomposition device of the medium-pressure regeneration section. The incoming steam is then used to satisfy the need for low-pressure steam. This internal steam generation may replace the inefficient mixing of MP steam and LP steam, which will have a beneficial effect on overall fuel consumption.
В варианте осуществления способа ступень/стадия конденсации в секции мочевины модифицируется для непосредственной генерации пара для использования в СД разложении карбамата в регенерационной секции СД. Часть тепла, которое может быть рекуперировано из паров отпарного аппарата, используется в модифицированной ступени конденсации для вырабатывания упомянутого пара для разложения карбамата при среднем давлении. В результате, секция мочевины будет вырабатывать меньше пара НД, а потребность в паре НД в секции мочевины будет удовлетворяться паром НД, поступающим из аммиачной секции.In an embodiment of the method, the condensation stage/step in the urea section is modified to directly generate steam for use in the MP decomposition of carbamate in the MP regeneration section. Part of the heat that can be recovered from the stripper vapors is used in the modified condensation stage to generate said steam for the decomposition of carbamate at medium pressure. As a result, the urea section will generate less LP steam, and the need for LP steam in the urea section will be satisfied by the LP steam coming from the ammonia section.
В версии этого варианта осуществления, часть пара, вырабатываемого в конденсаторе карбамата секции синтеза, может быть сжата до более высокого давления, необходимого потребителю пара.In a version of this embodiment, a portion of the steam generated in the carbamate condenser of the synthesis section can be compressed to a higher pressure required by the steam consumer.
В другом варианте осуществления, секция мочевины с отпаркой СО2 может быть модифицирована снижением количества тепла, передаваемого в отпарной аппарат высокого давления. Для процесса синтеза мочевины это означает, что часть производительности отпарного аппарата смещается к регенерационной секции низкого давления, и отпарной аппарат потребляет меньше пара для ее нагревания. Поскольку отпарной аппарат потребляет ценный пар при среднем давлении, это дает существенное преимущество с энергетической точки зрения. Эта сниженная производительность отпарного аппарата приводит к тому, что может производиться меньше пара НД в конденсаторе карбамата секции синтеза, однако недостающий пар НД получается за счет приема пара НД из аммиачной секции.In another embodiment, the urea section with CO2 stripping can be modified by reducing the amount of heat transferred to the high-pressure stripper. For the urea synthesis process, this means that part of the stripper capacity is shifted to the low-pressure regeneration section, and the stripper consumes less steam to heat it. Since the stripper consumes valuable steam at medium pressure, this provides a significant advantage from an energy point of view. This reduced stripper capacity means that less LP steam can be produced in the carbamate condenser of the synthesis section, but the missing LP steam is obtained by accepting LP steam from the ammonia section.
Таким образом, главным преимуществом изобретения является лучшая регенерация и использование тепловой энергии внутри процесса совместного синтеза аммиака и мочевины, что в итоге приводит к снижению потребления топлива процесса в целом. Например, изобретение может снизить необходимость в извлечении пара СД из турбины компрессора СО2. Снижение извлечения пара СД из турбины приведет к снижению подачи в турбину пара ВД, вырабатываемого за счет расхода топлива, а значит, даст экономию топлива.Thus, the main advantage of the invention is better regeneration and use of thermal energy within the process of joint synthesis of ammonia and urea, which ultimately leads to a decrease in fuel consumption of the process as a whole. For example, the invention can reduce the need for the extraction of MP steam from the CO 2 compressor turbine. Reducing the extraction of MP steam from the turbine will lead to a decrease in the supply of HP steam to the turbine, generated at the expense of fuel consumption, and therefore will provide fuel savings.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения приводятся в зависимых пунктах формулы. Другой особенностью изобретения является способ в соответствии с формулой.Some preferred embodiments of the invention are given in the dependent claims. Another feature of the invention is a method according to the claim.
Предпочтительные варианты осуществленияPreferred embodiments
Термин "низкое давление" применительно к пару, означает давление менее 6 бар, предпочтительно, от 2 до 6 бар. Термин "средне-низкое давление" (СНД) может быть использован для обозначения давления в верхнем интервале или слегка выше низкого давления, обычно от 4 до 10 бар. Термин "среднее давление" (СД) обычно означает давление от 15 до 40 бар. Термин "высокое давление" (ВД) обычно означает давление значительно выше 40 бар, в частности, над 90 бар.The term "low pressure" when applied to steam means a pressure of less than 6 bar, preferably between 2 and 6 bar. The term "medium-low pressure" (MLP) may be used to indicate a pressure in the upper range or slightly above the low pressure, typically between 4 and 10 bar. The term "medium pressure" (MP) typically means a pressure of between 15 and 40 bar. The term "high pressure" (HP) typically means a pressure considerably above 40 bar, particularly above 90 bar.
Отмечается, что термины низкое давление, среднее давление и высокое давление также могут относиться к давлению с технологической стороны. Например, конденсатор карбамата высокого давления секции синтеза мочевины имеет высокое давление (обычно выше 100 бар) с технологической стороны, но тепло конденсации, отводимое от паров отпарного аппарата, имеет низкую температуру, и поэтому конденсатор вырабатывает пар при низком давлении, обычно 3,5 бара. Кроме того, термины "регенерационная секция низкого давления" и "регенерационная секция среднего давления" относятся к давлению с технологической стороны.It is noted that the terms low pressure, medium pressure and high pressure can also refer to process-side pressure. For example, the high-pressure carbamate condenser of the urea synthesis section has a high pressure (usually above 100 bar) on the process side, but the heat of condensation removed from the stripper vapor has a low temperature, and therefore the condenser produces steam at a low pressure, typically 3.5 bar. In addition, the terms "low-pressure regeneration section" and "medium-pressure regeneration section" refer to process-side pressure.
В отсутствие других указаний все давления приводятся относительно атмосферного давления (бар отн.). Атмосферным давлением считается давление 101325 Па.Unless otherwise stated, all pressures are relative to atmospheric pressure (bar rel.). Atmospheric pressure is considered to be 101325 Pa.
Секция мочевины может включать потребителя пара при втором давлении, превышающем давление пара низкого давления, направляемого из аммиачной секции в секцию мочевины. Обычно это случай секции мочевины, включающей регенерационную секцию среднего давления, где для разложения карбамата при среднем давлении требуется пар примерно при 6 бар, в то время как поступающий пар имеет давление примерно 3,5 бар.The urea section may include a steam consumer at a second pressure higher than the low pressure steam sent from the ammonia section to the urea section. This is typically the case for a urea section including a medium pressure regeneration section where the carbamate decomposition at medium pressure requires steam at about 6 bar, whereas the incoming steam is at about 3.5 bar.
В таком случае поступающий пар не может быть использован в этом потребителе пара сам по себе. Способ может включать модификацию секции мочевины для вырабатывания пара при этом втором давлении для этого потребителя, и согласование подачи пара низкого давления в секцию мочевины с паром низкого давления, передаваемого из аммиачной секции в секцию синтеза мочевины. Второе давление может составлять от 5 до 7 бар, предпочтительно 6 бар или примерно 6 бар.In such a case, the incoming steam cannot be used in this steam consumer by itself. The method may include modifying the urea section to generate steam at this second pressure for this consumer, and matching the supply of low-pressure steam to the urea section with low-pressure steam transferred from the ammonia section to the urea synthesis section. The second pressure may be from 5 to 7 bar, preferably 6 bar or about 6 bar.
Пар при указанном втором давлении может быть получен при модифицировании ступени конденсации секции синтеза мочевины высокого давления для использования части тепла конденсации паров отпарного аппарата для вырабатывания этого пара при втором давлении. Это может быть достигнуто, в предпочтительном варианте осуществления, установкой второго конденсатора. Вторым конденсатором может быть теплообменник, встроенный в тот же корпус высокого давления существующего конденсатора, либо может иметь отдельный корпус высокого давления.Steam at said second pressure may be obtained by modifying the condensation stage of the high-pressure urea synthesis section to use part of the heat of condensation of the stripper vapors to generate this steam at the second pressure. This may be achieved, in a preferred embodiment, by installing a second condenser. The second condenser may be a heat exchanger built into the same high-pressure body of the existing condenser, or may have a separate high-pressure body.
Этот второй конденсатор может быть установлен последовательно и в потоке перед первым конденсатором с тем, чтобы пары отпарного аппарата, выходящие из отпарного аппарата, проходили через вновь установленный второй конденсатор, а затем через имеющийся первый конденсатор.This second condenser may be installed in series and upstream of the first condenser so that the stripper vapors leaving the stripper pass through the newly installed second condenser and then through the existing first condenser.
Предпочтительно, первый конденсатор и/или второй конденсатор выполнены в виде кожухотрубного оборудования. Более предпочтительно, они являются горизонтально расположенными устройствами выпарного типа, в которых пары отпарного аппарата входят в трубное пространство, а охлаждающая вода испаряется в межтрубном пространстве.Preferably, the first condenser and/or the second condenser are designed as shell-and-tube equipment. More preferably, they are horizontally arranged evaporator-type devices in which the vapors of the evaporator enter the tube space and the cooling water evaporates in the intertube space.
Шаг модифицирования секции мочевины для вырабатывания пара при втором давлении также может включать установку компрессора пара, приводимого в действие паром при низком давлении и выдающего пар при втором давлении.The step of modifying the urea section to produce steam at the second pressure may also include installing a steam compressor driven by low pressure steam and producing steam at the second pressure.
В установке совместного синтеза аммиака и мочевины пар, имеющий второе давление, для упомянутого потребителя может быть первоначально получен смешиванием пара среднего давления с паром низкого давления, вырабатываемым в ступени конденсации. В этом случае способ в соответствии с изобретением предпочтительно включает остановку этого смешивания.In the ammonia and urea co-synthesis plant, the steam having the second pressure for said consumer may initially be obtained by mixing the medium-pressure steam with the low-pressure steam generated in the condensation stage. In this case, the method according to the invention preferably includes stopping this mixing.
Вышеописанные варианты осуществления, включающие внутреннее генерирование пара в секции мочевины при втором давлении (например, пара СНД с давлением примерно 6 бар), обычно применимы в установке, включающей секцию синтеза мочевины с самоотпаркой (например, секцию мочевины Snamprogetti), поскольку этот вид процесса синтеза мочевины имеет специфического потребителя пара под давлением примерно 6 бар, а именно, устройство разложения карбамата регенерационной секции среднего давления.The above-described embodiments, including internal generation of steam in the urea section at a second pressure (e.g., SLD steam at a pressure of about 6 bar), are typically applicable in a plant comprising a self-stripping urea synthesis section (e.g., a Snamprogetti urea section), since this type of urea synthesis process has a specific consumer of steam at a pressure of about 6 bar, namely, the carbamate decomposition device of the medium-pressure regeneration section.
Способ согласно изобретению также применим для установок, имеющих секцию синтеза мочевины, в которой мочевина производится в соответствии с процессом отпарки СО2. В этом случае, для использования излишка пара НД из аммиачной секции, способ может включать снижение количества тепла, передаваемого в отпарной аппарат, уменьшая тем самым и количество пара низкого давления, который может быть выработан в конденсаторе карбамата высокого давления. При этом отсутствие выработки пара низкого давления в секции синтеза мочевины компенсируется паром низкого давления, получаемым из секции синтеза аммиака.The method according to the invention is also applicable to plants having a urea synthesis section, in which urea is produced in accordance with the CO 2 stripping process. In this case, in order to use the excess LP steam from the ammonia section, the method may include reducing the amount of heat transferred to the stripping apparatus, thereby reducing the amount of low-pressure steam that can be generated in the high-pressure carbamate condenser. In this case, the lack of low-pressure steam generation in the urea synthesis section is compensated by low-pressure steam obtained from the ammonia synthesis section.
Способ согласно изобретению может включать модификацию аммиачной секции для получения пара низкого давления, необходимого для компенсации подачи пара низкого давления в секцию синтеза мочевины. Можно видеть, что модификация аммиачной секции и секции мочевины дает синергический эффект. Переоборудование аммиачной секции может дать дополнительное количество пара низкого давления, что может быть вызвано увеличенной тепловой эффективностью существующих компонентов и/или использованием дополнительных средств для регенерации тепла. В то же время, модификация секции мочевины позволяет секции мочевины получать дополнительное количество пара низкого давления, поскольку внутренняя генерация пара НД в секции мочевины снижена в пользу более ценного пара СД. С точки зрения энергетики и термодинамики, установка делается более эффективной.The method according to the invention may include modification of the ammonia section to produce low-pressure steam required to compensate for the supply of low-pressure steam to the urea synthesis section. It can be seen that the modification of the ammonia section and the urea section produces a synergistic effect. Re-equipping the ammonia section may provide an additional amount of low-pressure steam, which may be caused by an increased thermal efficiency of the existing components and/or the use of additional means for heat recovery. At the same time, modification of the urea section allows the urea section to obtain an additional amount of low-pressure steam, since the internal generation of LP steam in the urea section is reduced in favor of more valuable MP steam. From the point of view of energy and thermodynamics, the plant becomes more efficient.
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере часть пара низкого давления для восполнения вводимого его количества в секцию мочевины получают при переоборудовании секции регенерации СО2 в головной части секции синтеза мочевины. Как было показано выше, секция регенерации СО2 является крупным потребителем пара низкого давления, обычно для регенерации растворителя СО2 в процессе, основанном на амине или процессе, основанном на горячем карбамате калия.In a preferred embodiment, at least part of the low-pressure steam for making up the amount introduced into the urea section is obtained by retrofitting the CO 2 recovery section at the head of the urea synthesis section. As shown above, the CO 2 recovery section is a large consumer of low-pressure steam, typically for regenerating the CO 2 solvent in an amine-based process or a hot potassium carbamate-based process.
Предназначенная для модифицирования установка совместного синтеза аммиака и мочевины может исходно включать смешивание пара среднего давления с паром низкого давления, вырабатываемым в ступени конденсации, и использование полученного пара при давлении среднего уровня для снабжения теплом устройства разложения карбамата. В этом случае, способ изобретения может включать прекращение упомянутого смешивания и нагревание устройства разложения потоком СД, вырабатываемым в модифицированной ступени конденсации, например, во вновь установленном втором конденсаторе паров отпарного аппарата в секции синтеза высокого давления.The ammonia and urea co-synthesis unit intended for modification may initially comprise mixing medium-pressure steam with low-pressure steam generated in the condensation stage and using the resulting steam at a medium pressure level to supply heat to the carbamate decomposition device. In this case, the method of the invention may comprise stopping said mixing and heating the decomposition device with a stream of MP generated in a modified condensation stage, for example, in a newly installed second condenser of the stripper vapors in the high-pressure synthesis section.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления, способ включает снижение отношения пар/углерод в риформинг-процессе. Это снижение отношения пар/углерод может быть полезным для риформинг-процесса, но уменьшает количество пара высокого давления, который может быть получен рекуперацией тепла. В этом случае общее снижение потребления пара высокого давления в установке совместного синтеза аммиака и мочевины, обеспечиваемое изобретением, компенсирует этот недостаток сниженной рекуперации тепла после блоков генерирования синтез-газа (например, первичного и вторичного риформеров) за счет снижения отношения пар/углерод в аммиачной установке, тем самым позволяя максимально использовать преимущества сниженного отношения пар/углерод в установке.According to another preferred embodiment, the method includes reducing the steam/carbon ratio in the reforming process. This reduction in the steam/carbon ratio may be beneficial for the reforming process, but reduces the amount of high-pressure steam that can be obtained by heat recovery. In this case, the overall reduction in high-pressure steam consumption in the ammonia and urea co-synthesis unit provided by the invention compensates for this disadvantage of reduced heat recovery after the synthesis gas generating units (e.g., the primary and secondary reformers) by reducing the steam/carbon ratio in the ammonia unit, thereby allowing the maximum use of the benefits of the reduced steam/carbon ratio in the unit.
Более предпочтительно, отношение пар/углерод в риформинг-процессе снижается до значения менее 2,7, более предпочтительно в интервале от 2,6 до 2,0. При необходимости, катализатор сдвига может быть заменен катализатором сдвига, соответствующим образом выбранного для поддержания низкого отношения пар/углерод. Сокращение П/У в установке синтеза аммиака ведет к компромиссу между снижением потребления топлива, формированием инертных компонентов и, возможно, рекуперацией тепла после блоков генерирования синтез-газа, для обеспечения работы секции регенерирования СО2.More preferably, the steam/carbon ratio in the reforming process is reduced to a value below 2.7, more preferably in the range from 2.6 to 2.0. If necessary, the shift catalyst can be replaced by a shift catalyst suitably selected to maintain a low steam/carbon ratio. Reducing the S/C in the ammonia synthesis unit involves a trade-off between reduced fuel consumption, formation of inert components and, possibly, heat recovery after the synthesis gas generation units to ensure operation of the CO 2 recovery section.
В предпочтительном варианте осуществления, выполняется переоборудование секции регенерации СО2, в результате которого снижается регенерация тепла, требуемого растворителем СО2 посредством установки новой испарительной регенерационной колонны. Это переоборудование, совместно с меньшим отношением пар/углерод, может сократить удельную теплоту регенерации, требуемую для извлечения СО2. В предпочтительном варианте осуществления эта удельная теплота регенерации сокращена до менее 400 ккал/нм (куб.м при нормальных условиях) удаленного СО2.In a preferred embodiment, a retrofit of the CO2 recovery section is performed, which reduces the recovery heat required by the CO2 solvent by installing a new evaporative recovery column. This retrofit, together with the lower steam/carbon ratio, can reduce the specific heat of regeneration required to recover the CO2 . In a preferred embodiment, this specific heat of regeneration is reduced to less than 400 kcal/Nm3 (cubic meter at normal conditions) of CO2 removed.
Низкое отношение пар/углерод может снизить количество тепла, которое может быть регенерировано из технологического газа в аммиачной секции после блоков генерирования синтез-газа. Это может быть скомпенсировано, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, путем доработки громоздких и неэффективных потребителей пара, в особенности потребителей пара высокого давления. Эта доработка может включать замену привода от паровой турбины приводом от электродвигателя. Например, по меньшей мере один из насосов питания водой парового котла паровой сети установки синтеза аммиака переводится с привода от турбины на привод от двигателя.A low steam/carbon ratio may reduce the amount of heat that can be recovered from the process gas in the ammonia section after the synthesis gas generation units. This can be compensated for, according to an embodiment of the invention, by upgrading the bulky and inefficient steam consumers, especially the high-pressure steam consumers. This upgrading may include replacing the steam turbine drive with an electric motor drive. For example, at least one of the boiler feed water pumps of the steam network of the ammonia synthesis plant is converted from a turbine drive to an engine drive.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления, аммиачная секция дорабатывается для осуществления риформинг-процесса с отношением П/У в интервале от 2,6 до 2,0; секция сдвига модифицируется для работы с таким сниженным отношением П/У; по меньшей мере один привод от паровой турбины заменяется на привод от двигателя, в результате чего снижается потребление пара.In a most preferred embodiment, the ammonia section is modified to operate the reforming process with a P/U ratio in the range of 2.6 to 2.0; the shift section is modified to operate with such a reduced P/U ratio; at least one steam turbine drive is replaced by an engine drive, resulting in a reduction in steam consumption.
Описанные выше варианты осуществления могут существенно повысить энергетическую эффективность установки совместного синтеза аммиака и мочевины, особенно с использованием пониженного отношения пар/углерод в сочетании с общим сокращением потребления пара высокого давления.The embodiments described above can significantly improve the energy efficiency of an ammonia-urea co-synthesis plant, especially when using a reduced steam/carbon ratio in combination with an overall reduction in high-pressure steam consumption.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Below the invention is considered in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг. 1 представлена блок-схема известной в уровне техники установки совместного синтеза аммиака и мочевины;Fig. 1 shows a block diagram of a known prior art installation for the joint synthesis of ammonia and urea;
на фиг. 2 представлена блок-схема установки, показанной на фиг. 1, модифицированной в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 2 shows a block diagram of the installation shown in Fig. 1, modified in accordance with an embodiment of the invention;
на фиг. 3 представлена блок-схема секции синтеза мочевины с самоотпаркой, известной в уровне техники;Fig. 3 shows a block diagram of a section for the synthesis of urea with self-evaporation, known in the prior art;
на фиг. 4 представлена блок-схема, полученная в результате модификации схемы на фиг. 3, после модернизации в соответствии с вариантом осуществления;Fig. 4 shows a block diagram obtained as a result of modifying the diagram in Fig. 3, after modernization in accordance with an embodiment;
на фиг. 5 представлена блок-схема модификации схемы на фиг. 3, после модернизации в соответствии с другим вариантом осуществления;Fig. 5 shows a block diagram of a modification of the circuit of Fig. 3, after modernization in accordance with another embodiment;
на фиг. 6 показано применение изобретение в установке, где мочевина вырабатывается процессом с СО2 отпаркой.Fig. 6 shows the application of the invention in an installation where urea is produced by a process with CO2 stripping.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments
На фиг. 1 показана блок-схема интегрированной установки получения аммиака и мочевины, включающая аммиачную секцию АС и секцию МС мочевины. Аммиачная секция АС и секция МС мочевины соответствуют уровню техники и не требуют подробного описания.Fig. 1 shows a block diagram of an integrated plant for producing ammonia and urea, including an ammonia section AC and a urea section MS. The ammonia section AC and the urea section MS correspond to the level of technology and do not require a detailed description.
Аммиачная секция АС включает следующие блоки - элементы блок-схемы: секцию РИФ рифоминга, секцию КС конверсии сдвига, секцию ОСГ очистки синтез-газа, секцию СА синтеза аммиака. Блоки РИФ, КС и ОСГ являются частью головной секции, предназначенной для генерирования аммиачного подпиточного газа.The ammonia section of the AS includes the following blocks - elements of the block diagram: the RIF reefing section, the KS shift conversion section, the OSG section for synthesis gas purification, and the SA section for ammonia synthesis. The RIF, KS and OSG blocks are part of the head section, designed to generate ammonia make-up gas.
Секция МС мочевины включает блоки, обозначающие синтез СМ мочевины и секцию ФО финишной обработки.The MS urea section includes blocks representing the synthesis of SM urea and the FO finishing section.
Секция РИФ риформинга принимает первый входящий поток природного газа 1 в качестве технологического газа (т.е., природного газа для риформинга) и второй входящий поток природного газа 2 для использования в качестве топлива.The RIF reforming section receives a first inlet natural gas stream 1 as process gas (i.e., natural gas for reforming) and a second inlet natural gas stream 2 for use as fuel.
Синтез-газ, вырабатываемый в блоке РИФ, проходит обработку в блоках КС и ОСГ и в итоге вступает в реакцию в блоке С А для получения аммиака 3.The synthesis gas produced in the RIF block is processed in the KS and OSG blocks and ultimately reacts in the SA block to produce ammonia 3.
Этот аммиак 3 вступает в реакцию синтеза СМ мочевины вместе с диоксидом 4 углерода, извлеченным из синтез-газа в блоке ОСГ. Также может подводиться свежий СО2. В блоке УС вырабатывается раствор мочевины или расплав мочевины, который далее проходит обработку в блоке ФО для получения твердой мочевины 5. Твердая мочевина может быть получена приллированием или гранулированием.This ammonia 3 reacts to synthesize CM urea together with carbon dioxide 4 extracted from the synthesis gas in the OSG unit. Fresh CO 2 can also be supplied. In the US unit, a urea solution or urea melt is produced, which is then processed in the FO unit to obtain solid urea 5. Solid urea can be obtained by prilling or granulation.
Блоком 10 обозначена паровая сеть аммиачной секции АС. Аналогично, блоком 20 обозначена паровая сеть секции МС мочевины. Блоками 11, 12 обозначены потребители мощности и потребители тепла аммиачной секции АС; блоками 21, 22 обозначены потребители мощности и потребители тепла секции МС мочевины.Block 10 denotes the steam network of the ammonia section of the AS. Similarly, block 20 denotes the steam network of the urea MS section. Blocks 11, 12 denote the power consumers and heat consumers of the ammonia section of the AS; blocks 21, 22 denote the power consumers and heat consumers of the urea MS section.
Линией 6 обозначено высокопотенциальное тепло (тепло при повышенной температуре), передаваемое из аммиачного процесса в паровую сеть (например, тепло, отводимое из горячих отходящих потоков парового риформинга и др.).Line 6 represents high-grade heat (heat at elevated temperature) transferred from the ammonia process to the steam network (e.g. heat removed from hot steam reforming waste streams, etc.).
Аммиачная паровая сеть 10 снабжает паром потребителей 11 мощности (например, компрессор синтез-газа) и потребителей тепла (например, подогревателей, регенерацию СО2). Аналогично, паровая сеть 20 мочевины снабжает паром соответствующих потребителей мощности и тепла 21, 22.The ammonia steam network 10 supplies steam to the power consumers 11 (e.g., the synthesis gas compressor) and heat consumers (e.g., heaters, CO2 regeneration). Similarly, the urea steam network 20 supplies steam to the corresponding power and heat consumers 21, 22.
Пар среднего давления обычно передается по линии 30 от аммиачной паровой сети 10 в паровую сеть 20 мочевины, за счет избыточного производства пара в аммиачной секции. Этот пар может быть объединен с паром 31, вырабатываемым во вспомогательных паровых котлах ВПК для формирования пара в линии 32, который фактически поступает в паровую сеть 20 мочевины. Пар, получаемый по линии 32, удовлетворяет потребность секции МС мочевины в высокопотенциальном паре, преимущественно для работы компрессора СО2 и отпарного аппарата высокого давления.Medium pressure steam is typically transferred via line 30 from the ammonia steam network 10 to the urea steam network 20, due to excess steam production in the ammonia section. This steam may be combined with steam 31 generated in the auxiliary steam boilers of the VPK to form steam in line 32, which is actually fed to the urea steam network 20. The steam obtained via line 32 satisfies the need of the urea MS section for high-grade steam, primarily for operating the CO 2 compressor and the high-pressure stripper.
Для паровых котлов ВПК требуется дополнительное топливо 7. Поэтому поступающее в процесс топливо включает потоки 2 и 7 топлива.For the VPK steam boilers, additional fuel 7 is required. Therefore, the fuel supplied to the process includes fuel streams 2 and 7.
На фиг. 2 представлена в общих чертах модификация согласно изобретению. Пар 40 низкого давления (низкопотенциальное тепло) выводится из паровой сети 10 аммиачной секции в паровую сеть 20 секции мочевины. Этот дополнительный пар 40 появляется благодаря переоборудованию аммиачной секции АС. Секция МС мочевины модифицируется для использования части тепла, регенерируемого внутри для вырабатывания некоторого количества пара среднего давления вместо пара низкого давления. Соответствующий недостаток пара низкого давления в паровой сети 20 секции мочевины компенсируется подводимым паром 40. В результате, может быть сокращено общее потребление (топлива 2 и 7).Fig. 2 shows in general terms a modification according to the invention. Low-pressure steam 40 (low-grade heat) is discharged from the steam network 10 of the ammonia section into the steam network 20 of the urea section. This additional steam 40 is produced by re-equipping the ammonia section AC. The urea section MS is modified to use part of the heat recovered internally to generate a certain amount of medium-pressure steam instead of low-pressure steam. The corresponding shortage of low-pressure steam in the steam network 20 of the urea section is compensated by the supplied steam 40. As a result, the overall consumption (of fuels 2 and 7) can be reduced.
На фиг. 3 представлена схема секции МС мочевины, которая в соответствии с принципом самоотпарки включает следующие компоненты: реактор Р синтеза мочевины, отпарной аппарат OA высокого давления, конденсатор КВД карбамата, аммиачный насос АН, компрессор КОМ СО2, регенерационную секцию СД-Р среднего давления и регенерационную секцию НД-Р низкого давления. Блок ПТ потребителей тепла показан как отдельный блок; однако следует понимать, что некоторые из потребителей тепла ПТ могут принадлежать к регенерационной секции СД-Р или НД-Р.Fig. 3 shows a diagram of the MS urea section, which, in accordance with the self-stripping principle, includes the following components: a urea synthesis reactor R, a high-pressure stripper OA, a carbamate condenser KVD, an ammonia pump AN, a compressor KOM CO 2 , a medium-pressure regeneration section SD-R and a low-pressure regeneration section ND-R. The block of heat consumers PT is shown as a separate block; however, it should be understood that some of the heat consumers PT may belong to the regeneration section SD-R or ND-R.
Реактор Р, отпарной аппарат OA и конденсатор КВД принадлежат контуру синтеза высокого давления. Этот контур также может включать газоочиститель для газа, отводимого из реактора (не показан). Отходящий раствор отпарного аппарата OA подвергается обработке в регенерационной секции СД-Р при среднем давлении и далее в секции НД-Р при низком давлении. Отходящим потоком секции НД-Р является водный раствор мочевины, состоящий в основном из мочевины и воды, который может быть направлен в секцию финишной обработки. Неконвертированные аммиак и диоксид углерода, извлеченные в секциях СД-Р, обычно возвращаются в контур синтеза высокого давления в виде раствора, содержащего карбамат (не показано).The reactor R, the stripper OA and the condenser HPC belong to the high-pressure synthesis loop. This loop may also include a scrubber for the gas removed from the reactor (not shown). The effluent from the stripper OA is treated in the regeneration section MP-R at medium pressure and further in the LP-R section at low pressure. The effluent from the LP-R section is an aqueous urea solution consisting mainly of urea and water, which may be sent to a finishing section. The unconverted ammonia and carbon dioxide recovered in the MP-R sections are typically returned to the high-pressure synthesis loop as a carbamate-containing solution (not shown).
На фиг. 3 для простоты показаны только некоторые соединения и технологические линии. Основными показанными технологическими линиями являются:For simplicity, Fig. 3 shows only some connections and process lines. The main process lines shown are:
100 входная линия реактора100 reactor input line
101 отходящий поток реактора101 reactor effluent
102 пары отпарного аппарата102 pairs of steaming apparatus
103 отходящий раствор отпарного аппарата103 effluent from the stripper
104 рециркулирующий раствор из КВД104 recirculating solution from the HPS
105 входная линия СО2 105 CO2 input line
На фиг. 3 также показаны некоторые линии паровой сети. Высокопотенциальный пар 32, передаваемый из аммиачной секции и из вспомогательных паровых котлов, используется для обеспечения работы компрессора СОМ СО2, в частности, для приведения в действие паровой турбины.Fig. 3 also shows some lines of the steam network. High-potential steam 32, transferred from the ammonia section and from the auxiliary steam boilers, is used to ensure the operation of the COM CO 2 compressor, in particular, to drive the steam turbine.
Пар 33, выпускаемый турбиной, все еще имеет среднее давление, например, около 20 бар или выше, и используется отчасти для нагревания отпарного аппарата OA (линия 34).The steam 33 released by the turbine still has a medium pressure, for example about 20 bar or higher, and is used partly to heat the stripper OA (line 34).
Регенерационная секция СД-Р среднего давления включает устройство разложения карбамата, потребляющее пар под давлением примерно 6 бар, относительно низком, но все же превышающем давление пара, который может быть получен в конденсаторе КВД, составляющее обычно примерно 3,5 бар.The medium pressure regeneration section of the SD-R comprises a carbamate decomposition unit consuming steam at a pressure of approximately 6 bar, relatively low but still higher than the steam pressure that can be obtained in the HPC condenser, which is typically approximately 3.5 bar.
Пар для этого устройства разложения карбамата вырабатывается смешиванием части пара СД из турбины, поступающим по линии 35, с паром 36 НД из конденсатора КВД. Полученный в результате пар 37 при требуемом давлении около 6 бар направляется в устройство УР разложения. Смешивание выполняется в паровом эжекторе ПЭ.The steam for this carbamate decomposition device is produced by mixing part of the MP steam from the turbine, supplied via line 35, with the LP steam 36 from the HP condenser. The resulting steam 37 at the required pressure of about 6 bar is sent to the UR decomposition device. Mixing is performed in the steam ejector PE.
Видно, что этот процесс включает снижение потенциала ценного пара 35. Оставшаяся часть пара НД, вырабатываемого в конденсаторе КВД (линия 38), используется для нагревания других потребителей тепла секции синтеза мочевины.It can be seen that this process involves a reduction in the potential of valuable steam 35. The remaining portion of the LP steam generated in the HPC condenser (line 38) is used to heat other heat consumers in the urea synthesis section.
В частности, в варианте осуществления, пар СД в линии 35 имеет давление примерно 25 бар; пар в линии 36 имеет давление примерно 3,5 бар и пар в линии 37 имеет давление примерно 5,5 бар.In particular, in the embodiment, the MP steam in line 35 has a pressure of about 25 bar; the steam in line 36 has a pressure of about 3.5 bar and the steam in line 37 has a pressure of about 5.5 bar.
На фиг. 4 представлен пример реализации изобретения. Секция МС мочевины модифицируется установкой второго конденсатора КВД-2 в секции синтеза высокого давления. Пары 102, отводимые из отпарного аппарата OA, проходят сначала в новый конденсатор КВД-2, где выполняется первая конденсация, после чего отходящий поток конденсатора КВД-2 подвергается дальнейшей конденсации в уже имеющемся конденсаторе КВД.Fig. 4 shows an example of the invention implementation. The urea MS section is modified by installing a second KVD-2 condenser in the high-pressure synthesis section. The vapors 102, removed from the stripping apparatus OA, first pass into the new KVD-2 condenser, where the first condensation is performed, after which the outgoing flow of the KVD-2 condenser undergoes further condensation in the already existing KVD condenser.
Новый конденсатор КВД-2 также приспособлен для вырабатывания пара под более высоким давлением, чем уже имеющийся конденсатор КВД. В частности, этот конденсатор вырабатывает пар 50 при среднем давлении, используемый для нагревания в шаге разложения среднего давления в секции СД-Р, вместо потока 37.The new KVD-2 condenser is also adapted to generate steam at a higher pressure than the existing KVD condenser. In particular, this condenser generates steam 50 at medium pressure, used for heating in the medium pressure decomposition step in the SD-R section, instead of stream 37.
Поскольку часть тепла, содержащегося в парах секции выпарки, используется для генерирования упомянутого пара 50, количество пара НД в линии 38 снижается. Поэтому подача пара НД для потребителей тепла компенсируется заимствованным паром 40.Since part of the heat contained in the steam of the evaporation section is used to generate the said steam 50, the amount of LP steam in line 38 is reduced. Therefore, the supply of LP steam to heat consumers is compensated by the borrowed steam 40.
Смешивание пара среднего давления и пара низкого давления посредством эжектора ПЭ исключается. Поэтому процесс делается более эффективным с точки зрения использования энергии. Пар 33 из турбины секции КОМ сжатия может быть полностью отдан отпарному аппарату OA по линии 34.Mixing of medium-pressure steam and low-pressure steam by means of the ejector PE is eliminated. Therefore, the process becomes more efficient in terms of energy use. Steam 33 from the turbine of the compression section KOM can be completely given to the stripper OA via line 34.
На фиг. 5 показан другой вариант осуществления, где давление пара 40, заимствованного из аммиачной секции, поднимается до давления, необходимого для секции СД-Р в компрессоре ПК пара. Например, давление пара 40 поднимается от 3,5 бар до 5,5 бар. Кроме того, в этом варианте осуществления может быть исключено неэффективное смешивание в эжекторе ПЭ. Часть пара 40 также может быть использована потребителями ПТ тепла.Fig. 5 shows another embodiment where the pressure of the steam 40 taken from the ammonia section is raised to the pressure required for the MP-R section in the PC steam compressor. For example, the pressure of the steam 40 is raised from 3.5 bar to 5.5 bar. In addition, in this embodiment, inefficient mixing in the PE ejector can be eliminated. A portion of the steam 40 can also be used by consumers of PT heat.
Варианты осуществления, показанные на фиг. 4 с конденсацией при двух давлениях и на фиг. 5 со сжатием пара, обычно являются альтернативными вариантами, однако они могут быть скомбинированы, если это целесообразно.The embodiments shown in Fig. 4 with dual pressure condensation and in Fig. 5 with vapor compression are generally alternative embodiments, but they can be combined if appropriate.
На фиг. 6 показана схема секции синтеза мочевины с отпаркой СО2. Диоксид углерода, выдаваемый компрессорной секцией КОМ, вводится в контур синтеза через отпарной аппарат OA, где он используется в качестве отпаривающего средства (линия 105а). Контур синтеза обычно также содержит газоочиститель Г высокого давления, где газ 106, отведенный из реактора, очищается рециркулирующим раствором 107, поступающим из регенерационной секции НД-Р низкого давления. Свежий аммиак входит в контур через конденсатор КВД, вместе с рециркулирующим раствором 108 из газоочистителя.Fig. 6 shows a diagram of the urea synthesis section with CO2 stripping. Carbon dioxide, produced by the compressor section KOM, is introduced into the synthesis loop through the stripper OA, where it is used as a stripping agent (line 105a). The synthesis loop usually also contains a high-pressure gas scrubber G, where the gas 106, withdrawn from the reactor, is cleaned with a recirculating solution 107, coming from the low-pressure regeneration section ND-R. Fresh ammonia enters the loop through the condenser KVD, together with the recirculating solution 108 from the gas scrubber.
Регенерация выполняется только при низом давлении в секции НД-Р. Поэтому секция мочевины обычно не содержит потребителя пара СНД, как описанное ранее устройство разложения карбамата.Regeneration is performed only at low pressure in the ND-R section. Therefore, the urea section usually does not contain a consumer of SND steam, as the previously described carbamate decomposition device.
В подобном случае предпочтительный вариант осуществления изобретения обеспечивает снижение нагрузки отпарному аппарату OA и переносит нагрузку на секцию НД-Р. В некоторой степени это может быть сделано без влияния на рабочие характеристики реактора Р. Соответственно, количество пара 34, необходимого отпарному аппарату OA, снижается, что экономит затраты энергии. В результате нагрузка конденсатора КВД также снижается, и он может вырабатывать меньше пара 38; недостающий пар компенсируется передачей пара 40 из аммиачной секции.In such a case, the preferred embodiment of the invention reduces the load on the stripper OA and transfers the load to the LP-R section. To some extent, this can be done without affecting the operating characteristics of the reactor P. Accordingly, the amount of steam 34 required by the stripper OA is reduced, which saves energy costs. As a result, the load on the HPC condenser is also reduced, and it can produce less steam 38; the missing steam is compensated by transferring steam 40 from the ammonia section.
Claims (45)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20170057.2 | 2020-04-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2832627C1 true RU2832627C1 (en) | 2024-12-26 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000159519A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-13 | Chiyoda Corp | Ammonia / urea production plant and production method |
| EP1188710A2 (en) * | 2000-09-15 | 2002-03-20 | Haldor Topsoe A/S | Process for the integrated preparation of ammonia and urea |
| RU2225356C2 (en) * | 1999-03-31 | 2004-03-10 | Уреа Касале С.А. | Method of joint modification of ammonia producing plant and carbamide producing plant |
| US20170260060A1 (en) * | 2014-11-27 | 2017-09-14 | Casale Sa | A method for revamping an ammonia plant |
| US20200055738A1 (en) * | 2017-02-15 | 2020-02-20 | Casale Sa | Process for the synthesis of ammonia with low emissions of co2in atmosphere |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000159519A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-13 | Chiyoda Corp | Ammonia / urea production plant and production method |
| RU2225356C2 (en) * | 1999-03-31 | 2004-03-10 | Уреа Касале С.А. | Method of joint modification of ammonia producing plant and carbamide producing plant |
| EP1188710A2 (en) * | 2000-09-15 | 2002-03-20 | Haldor Topsoe A/S | Process for the integrated preparation of ammonia and urea |
| US20170260060A1 (en) * | 2014-11-27 | 2017-09-14 | Casale Sa | A method for revamping an ammonia plant |
| US20200055738A1 (en) * | 2017-02-15 | 2020-02-20 | Casale Sa | Process for the synthesis of ammonia with low emissions of co2in atmosphere |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9810104B2 (en) | Waste heat recovery in a chemical process and plant, particularly for the synthesis of ammonia | |
| US10858313B2 (en) | Process for production of ammonia and derivatives, in particular urea | |
| RU2446152C2 (en) | Method of producing urea and apparatus for realising said method | |
| EP3189009B1 (en) | Process for production of ammonia and derivatives, in particular urea | |
| CA2831183C (en) | Process and plant for ammonia-urea production | |
| EP4136053B1 (en) | Revamping of ammonia-urea plants | |
| RU2832627C1 (en) | Modernization of plants for combined synthesis of ammonia and urea | |
| CN1980887A (en) | Process for the preparation of urea | |
| EP3828165A1 (en) | Method and device for manufacturing urea | |
| WO2004074217A2 (en) | Process and plant for the production of area | |
| EA041944B1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING UREA |