Разработка высокоинтенсивной энергосберегающей технологии карбамида тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Жестков, Сергей Васильевич

• Жестков, Сергей Васильевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Жестков, Сергей Васильевич

Введение.

1. Аналитический обзор

1.1. Характеристика действующих и новейших технологий карбамида.

1.2. Интенсификация работы узла синтеза.

1.3. Усовершенствование стриппинг-технологии в узле дистилляции.

1.4. Совершенствование узла абсорбции.

1.5. Цель работы и постановка задач исследования.

2. Исследование работы узла синтеза на промышленной установке с модернизированным реактором карбамида.

2.1. Обоснование выбора конструкции внутренних устройств реактора.

2.2. Исследование работы промышленного реактора карбамида с двумя последовательными зонами синтеза.

2.3. Разработка реактора синтеза карбамида с контактными цилиндрическими устройствами.

3. Исследование узла дистилляции на основе модернизированного стриппер-аппарата.

3.1. Результаты обследования работы дистилляторов в промышленных цехах карбамида.

3.2. Описание лабораторной установки и методики эксперимента

3.3. Результаты изучения распределения орошающей жидкости по трубам пленочного дистиллятора.

3.4. Математическая модель движения жидкости на распределительной решетке дистиллятора.

3.5. Разработка пленочного дистиллятора с усовершенствованным распределителем плава карбамида.

4. Исследование узла абсорбции аммиака и диоксида углерода в промышленных абсорберах.

4.1. Обследование узла абсорбции аммиака и диоксида углерода в промышленном абсорбере.

4.2. Исследование эффективности взаимодействия фаз в пленочно-вихревом контактном элементе на лабораторной установке.

4.3. Исследование узла абсорбции аммиака и диоксида углерода в промышленном абсорбере с дополнительным устройством.

4.4. Техническая характеристика комбинированного абсорбера аммиака и диоксида углерода.

5. Технико-экономическая характеристика новых методов.

5.1. Экономические показатели метода секционирования реактора синтеза карбамида.

5.2. Технико-экономическая оценка усовершенствования распределения орошающей жидкости по площади трубной решетки дистиллятора.

5.3. Экономическая эффективность абсорбции аммиачно-воздушных смесей с использованием пленочно-вихревых контактных элементов.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка высокоинтенсивной энергосберегающей технологии карбамида»

Производство карбамида, получившего всеобщее признание в качестве наиболее эффективной формы азотных удобрений, по сравнению с производствами других продуктов азотной промышленности развивалось наиболее интенсивно. Стремительный рост мощностей привел к тому, что начиная с середины 70-х годов, карбамид стал доминирующим видом среди твердых одинарных форм азотных удобрений. При этом следует отметить, что единичная мощность технологических линий по выпуску карбамида на практике достигла 2000 т/сут, а в проектах - до 3500 т/сут.

Однако в последние годы в процессе перехода к рыночной экономике и усиления конкуренции производителей разных стран объем производства азотных удобрений в России резко сократился. В связи с этим на первый план выходят вопросы себестоимости карбамида, экономии сырья и энергоресурсов. Актуальность этих вопросов обусловлена и тем, что при современных крупнотоннажных объемах выпуска карбамида даже незначительные усовершенствования дают существенный экономический эффект.

В настоящее время возможности снижения расхода сырья на передовых предприятиях практически исчерпаны, поэтому наиболее перспективны изыскания средств снижения энергетических затрат в действующих производствах карбамида. Так, в производствах, использующих схему с жидкостным рециклом, на долю энергоресурсов приходится до 70% затрат, в которых около 80% составляют расходы на пар.

Одним из путей решения поставленной задачи является усовершенствование стадий синтеза и дистилляции высокого давления, направленное на увеличение выхода продукта, снижение доли энергозатрат.

Данная работа посвящена разработке способов повышения эффективности стадии синтеза путем перевода реактора в режим вытеснения, усовершенствованию стриппинг-процесса, а также интенсификации работы узла абсорбции аммиачно-воздушных смесей и повышению эффективности очистки. 5

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Жестков, Сергей Васильевич

ВЫВОДЫ

1. Установлено существенное влияние диффузионного фактора на стадии синтеза карбамида и величины зоны перемешивания в реакторе на интенсивность его работы и выход продукта. Показано, что максимальный выход продукта обеспечивается при организации движения реакционной смеси в нижней части реактора в режиме продольного секционирования объема, а в средней и верхней части - в режиме поперечного. Практическая реализация предложенных технических решений на стадии синтеза позволила увеличить удельную производительность реактора синтеза с 350 кг/ (м -ч) до 750 кг/ (м3-ч).

2. Исследованием процесса отгонки непрореагировавших компонентов из плава со стадии синтеза карбамида установлена связь между высотой уровня плава на трубной решетке дистиллятора и равномерностью распределения газожидкостной смеси, на основании чего разработано техническое решение, позволяющее обеспечить равномерность распределения и повысить степень отгонки на 2%.

3. Исследованием процесса абсорбции аммиака и двуокиси углерода из газовых смесей в промышленных условиях установлены параметры работы, обеспечивающие увеличение степени поглощения аммиака на 7-8% и уменьшение количества раствора углеаммонийных солей в узел синтеза на 1,5-2 м3/ч.

4. Использование предложенных технических решений позволяет уменьшить энергозатраты на стадиях дистилляции и выпарки на 0,04-0,05 Гкал/т и увеличить выпуск карбамида на реакторе объемом 31,5 м до 500-540 т/сутки при проектной производительности 250-300 т/сутки. Экономический эффект от внедрения в промышленность принципиально новых технических решений интенсификации технологии карбамида составляет 8-12 руб/т готовой продукции.

133

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Жестков, Сергей Васильевич, 2000 год

1. Busquéis С. La urea. Historia, propiedades, preparaeion y sintesic. Utilización y nuevas aplicaciones industriales // Ion: -1953.-v.13, №139-p.3-20.

2. Кучерявый В.И., Лебедев B.B. Синтез и применение карбамида // Л.: -Химия.-1970.-с. 162.

3. Мельников Б.П., Кудрявцева И.А. Производство мочевины // М.: Химия. -1965.-c.168.

4. Синева К.Н., Рябов В.Ф., Аникин В.Н. и др. Производство карбамида / Под ред. В.В.Лебедева // М.: Химия. - 1970. - с.232.

5. Кучерявый В.И., Горловский Д.М. Новейшие направления в мировой практике создания высокопроизводительных агрегатов синтеза карбамида// Журн. ВХО им.Менделеева. М.: 1983. - № 4. - с.47 - 54.

6. Дж.Д.Логеманн. Стриппинг-процесс производства мочевины фирмы «Стамикарбон».// Второй межрегиональный симпозиум по удобрениям // Киев.-1971.

7. Горловский Д.М., Альтшулер Л.Н., Кучерявый В.И. Технология карбамида. -Л.: Химия,-1981.-с.320.

8. Заявка № 2944948 ФРГ МКИ С 07 С 126/02. Способ получения мочевины // Mitsui Toatsu Toy Enginering // Заявл. 07.11.1979; Опубл. 12.06.1980.

9. А.с. № 839225 СССР МКИ С 07 С 126/02. Способ получения карбамида / Кучерявый В.И., Богданова Т.М., Горловский Д.М. и др. // Заявл. 12.07.1979; Опубл. 15.03.1984.

10. Патент № 2050351 РФ МКИ С 07 С 273/04. Способ получения карбамида / Гусев А.И., Кучерявый В.И., Бордуков В.А. и др.// Заявл. 08.08.1989; Опубл. 20.12.1995. -Бюл. №35.

11. А.с. №1774623 СССР МКИ С 07 С 273/04. Способ получения карбамида / Гусев А.И., Кучерявый В.И., Бордуков В.А. и др.// Заявл. 16.07.1990.

12. А.с. №1829339 СССР МКИ С 07 С 273/04. Способ получения карбамида / Гусев А.И., Кучерявый В.И., Сергеев Ю.А. и др.// Заявл. 23.05.1991.134

13. Патент №2087466 РФ МКИ С 07 С 273/04. Способ получения карбамида / Гусев А.И. //Заявл. 14.06.1995; Опубл. 20.08.1997. -Бюл. №23.

14. ЕР №0497215 МКИ С 07 С 273/04. Process and plant for the production of urea wofh differentiated yield reaction spaces / Pagani Giorqio, Zardi Uniberto // Заявл. 24.01.1992; Опубл. 05.08.1992. Приоритет 29.01.1991, Швейцария.

15. Патент №1573707 Франция МКИ С 07 с. Procédé de Synthese de l'uree / Toyo Koatsu Industries, Inc.// Заявл. 23.07.1968; Опубл. 04.07.1969. Приоритет 31.07.1967, Япония.

16. Патент №1217560 Великобритания МКИ С 07 с 127/04 НКИ С 2 С. Synthe-sisof urea / Mitsai Toatsu Chemicals, Inc.// Заявл. 10.07.1968; Опубл. 31.12.1970. Приоритет 31.07.1967, Япония.

17. Патент №3607937 США МКИ С 07 с 127/00 НКИ 260/555 A. Two stage urea synthesis / Otsuka Eiji, Kana, Kasumichi, Sakai Tabao // Заявл. 26.06.1968; Опубл. 21.09.1971.

18. Патент №1147734 Великобритания МКИ С 07 с 127/04 НКИ С 2 С. Method for the preparation of urea / Sumitomo Chemical Company Ltd.// Заявл. 23.03.1967; Опубл. 02.04.1969. Приоритет 29.03.1966, Япония.

19. Патент №1124547 Великобритания МКИ С 07 с 127/04 НКИ С 2 С. Production of urea / Toyo Koatsu Industries, Inc.// Заявл. 24.04.1967; Опубл. 21.08.1968. Приоритет 02.05.1966, Япония.

20. Патент №3549701 США МКИ С 07 с 127/00 НКИ 260/555. Two stage process for synthesizing urea / Ofsuka Eiji, Kanai Kasumichi, Sakai Tadao, noue Shigetu // Заявл 26.07.1967; Опубл. 22.12.1970.

21. A.c. № 606858 СССР МКИ С 07 С 126/02. Способ получения мочевины / Горловский Д.М., Кучерявый В.И., Мельников Ю.К. // Заявл. 07.09.1976; Опубл. 15.05.1978-Бюл. №18.

22. Заявка №1643092 ФРГ НКИ 12о, 17/03. Zweistufenverfahren zur Synthetisierung von Harnstoff / Otsaka Eiji, Kanai Rfsumichi, Sakai Nadao, noue Shi-geru // Заявл. 02.05.1967; Опубл. 11.03.1971. Приоритет 02.05.1966, Япония.135

23. Патент № 3091637 США НКИ 260/555. Dual cycle urea synthesis process / Cook Lucien H., Fidler Robert К.// Заявл. 17.05.1960; Опубл. 28.05.1963.

24. Кучерявый В.И., Горловский Д.М., Страхова A.B. Усовершенствование узла синтеза в производстве карбамида // Журн. Хим. пром-ть. М.: 1973. -№4. - С.34 - 37.

25. Харлампович Г.Д., Неупокоев Г.И., Ибрагимов Ф.И. Гидродинамический режим работы реактора синтеза карбамида // Журн. Хим пром-ть. М.: 1970. - №9. - С.51 - 52.

26. Кучерявый В.И., Горловский Д.М. Интенсификация процесса синтеза карбамида путем увеличения коэффициента полезного действия промышленных реакторов // Журн. Хим. пром ть. - М.: 1977. - №12. - с. 39 - 43.

27. Неупокоев Г.И., Харлампович Г.Д., Сафронов Е.В. Интенсификация действующих производств карбамида // Журн. Хим. пром ть. - М.: 1974. -№6. -с. 38-41.

28. Кучерявый В.И., Горбушенков В.А. Определение удельной производительности и реакционного объема промышленных колонн синтеза мочевины // Журн. Хим. пром ть. - М.: 1970. - №6. - с.45 - 47.

29. Сафронов Е.В. Исследование гидродинамики и интенсификация работы промышленного реактора синтеза карбамида из нефтегазового сырья: Ав-тореф. дис.'. к та техн. наук. - Свердловск, 1974.

30. A.c. №552107 СССР МКИ В 04 J 10/00. Реактор для синтеза карбамида / Саттаров М.Ш., Сисин М.Ф., Неупокоев Г.И. и др. // Заявл. 28.11.1974; Опубл.30.03.1977. -Б.и. №12.

31. A.c. №808122 СССР МКИ В 01 J 19/00. Колонна синтеза мочевины / Мельников Ю.К., Кучерявый В.И., Потапов В.В. и др.// Заявл. 07.06.1976; Опубл. 28.02.1981.-Б.и. №8.

32. Брайнес Я.М. Введение в теорию и расчеты химических и нефтехимических реакторов // М!: Химия. - 1976. - с.232.

33. ASIA FAB, Spring, 1996, р.28.136

34. Соколов В.Н., Доманский H.B. Газожидкостные реакторы // JI.: -Машиностроение. 1976. - с.216.

35. Федоров Г.С. Исследование распределения жидкости в трубчатых пленочных аппаратах: Автореф.дис. к та техн. наук - Ленинград, 1972. -С.21.

36. Шехтман A.A., Гофман М.С., Бляхер И.Г., Мильман Д.И. Влияние расхода жидкости на ее распределение по трубам двухпленочного холодиьника // Журн. Хим. пром ть. - М.: 1983. - №3. - с.56 - 57.

37. Патент №2420362 Франция. Испаритель,питаемый свободным истечением. -1979.

38. Патент №166724. ФРГ. Устройство для равномерного распределения жидкости в химическом реакторе с большим числом труб. 1971.

39. Патент №2175757. Франция. Устройство для распределения жидкости в испарителях с истечением под действием силы тяжести. 1973.

40. Патент № 53-25836. Япония. Вертикальная многоступенчатая испарительная установка. 1978.

41. Патент № 53-27702. Япония. Вертикальный трубчатый испаритель с системой регулирования пленки жидкости. 1978.

42. A.c. №176561 СССР МКИ В 01 d 1/12. Многоступенчатый пленочный аппарат / Рейбах М.С., Семенов П.А., Цирлин A.M./ Заявл. 22.04.1964; Опубл. 17.11.1965.-Б.и. №23.

43. A.c. № 816474 СССР МКИ В 01 D 1/22. Пленочный испаритель / Чижин Ю.А., Тютинов М.В., Харисов М.А., Добжанская Е.Б./ Заявл. 11.10.1978; Опубл. 30.03.1981. -Б.и. №12.137

44. A.c. № 837348 СССР МКИ В Ol D 1/22. Пленочный испаритель / Савер-ченко В.М., Максименко Г.П. / Заявл. 20.09.1979; Опубл. 15.06.1981. Б.и. №22.

45. A.c. № 303822 СССР МКИ В 01 D 1/12. Распределительное устройство / Трошенькин Б.А. / Заявл. 05.07.1969; Опубл. 21.12.1972. Б.и. №35.

46. A.c. № 636003 СССР МКИ В 01 D 1/22. Пленочный выпарной аппарат / Трошенькин Б.А., Соловьева Г.И. / Заявл. 12.08.1971; Опубл. 05.12.1978. -Б.и. № 45.

47. A.c. № 755287 СССР МКИ В 01 D 1/22. Пленочный выпарной аппарат / Пискунов Ю.Н. / Заявл. 10.05.1978; Опубл. 15.08.1980. Б.и. № 30.

48. A.c. № 611626 СССР МКИ В 01 D 1/22. Выпарной аппарат со стекающей пленкой жидкости / Головченко O.A., Соловьева Г.И., Чирва В.И. / Заявл. 21.01.1976; Опубл. 25.08.1978.-Б.и. № 23.

49. A.c. № 695582 СССР МКИ F 28 F 25/02. Распределитель жидкости для ко-жухотрубного теплообменника / Царди У., Латана В./ Заявл. 24.09.1976; Опубл. 30.10.1979. Б.и. № 40.

50. A.c. № 1114353 СССР МКИ F 28 D 3/04. Устройство для пленочного распределения жидкости в вертикальном теплообменнике / Лагана В./ Заявл. 14.05.1981; Опубл. 15.09.1984.-Б.и. №34.

51. Конобеев В.А., Малюсов В.А., Жаворонков Н.М. Результаты исследований прямоточных контактных элементов // Журн. Хим. пром ть - М.: 1961. -№ 7, 8.

52. Николаев H.A., Жаворонков Н.М. Ректификационные колонны с вихревыми прямоточными ступенями // Журн. Хим. пром ть. - М.: 1963. - № 4.

53. Фролов В.Р., Иванов В.И. Высокоскоростные массообменные аппараты // Обзорная информация. М.: ВНИИОЭНГ. - 1978.138

54. Николаев H.A., Короткое Ю.Ф. Массообменные аппараты с вихревыми прямоточными ступенями // Журн. Известия вузов «Пищевая технология». -M.: 1971. -№ 6.

55. Сабитов С.С., Савельев Н.И., Николаев H.A. и др. Вихревые массообменные аппараты // Обзорная информация: «Общеотраслевые вопросы развития химической промышленности». М.: НИИТЭХИМ. - 1981. - 29с.

56. A.c. №793589 СССР МКИ В 01D 3/20. Контактная тарелка для взаимодействия газа с жидкостью / Левданский Э.И., Плехов И.М., Бабкин В.В. и др. //Заявл. 05.22.1979; Опубл. 15.01.1981. -Б.и. №1.

57. A.c. № 498009 СССР МКИ В 01 D 3/26. Массообменный аппарат / Левданский Э.И., Плехов И.М., Ершов А.И. и др. // Заявл. 19.09.1974; Опубл. 05.01.1976.-Б.и. №1.

58. Горбушенков В.А. Исследование кинетики реакции синтеза карбамида; Автореф. дис. .к-та хим. наук. М.: 1972. - с.22.

59. Гольдберг H.A., Альтшулер Л.Н. Макроскопическая кинетика и механизм синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода//Журн. Хим. пром-ть.:- 1962. № 9. - с.14 - 18.

60. Гольдберг H.A., Альтшулер Л.Н. Макроскопическая кинетика и механизм синтеза мочевины из аммиака и двуокиси углерода // Журн. Хим.пром ть.- 1964. №1. - с.54 - 57.

61. Сафронов Е.В. Исследование гидродинамики и интенсификация работы промышленного реактора синтеза карбамида из нефтегазового сырья: Дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1974. - с. 161.

62. Сергеев Ю.А., Кучерявый В.И., Жестков C.B. Анализ работы реакторов синтеза карбамида // Тез.докл. Всесоюзной конференции «Химреактор -10». Куйбышев - Тольятти. - 1988. - т.З, с.73 - 77.

63. Брайнес Д.М. Введение в теорию и расчеты химических и нефтехимических реакторов. М.: Химия. - 1968. - с.248.

64. Рейхсфельд В.О., Шеин В.Е., Ермаков В.Н. Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и отечественного каучу139ка JI.: Химия. - 1985.

65. ДенбигК. Теория химических реакторов. -М: Наука. 1968. - с. 192.

66. А.с. №1116034 СССР МКИ С 07 С 126/02. Способ получения мочевины / Горловский Д.М., Кучерявый В.И., Горбушенков В.А. и др. // Заявл. 24.04.1978; Опубл. 30.09.1984. Б.и. №36.

67. Патент РФ № 21146691 МКИ 6 В 01 J 10/00. Реактор / Жестков C.B., Сергеев Ю.А., Косырев В.М. и др.// Заявл. 22.11.1995; Опубл. 10.07.1998. Б.и. №19.

68. Свидетельство РФ № 4494 МКИ 6 В 01 J 10/00. Реактор/ Жестков C.B., Сергеев Ю.А., Косырев В.М. и др.// Заявл. 25.04.1996; Опубл. 16.07.1997. -Б.и. №7.

69. Живайкин Л.Я., Жестков C.B., Сергеев Ю.А., Гусев А.И. Обследование работы пленочных дистилляторов в производстве карбамида // Тез.докл. на-учно-техн. конф. по массообменной колонной аппаратуре. Уфа. - 1987. -с.46-47.

70. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости // М.: Гостехиздат. 1955.

71. Алтуфьев В Н., Белецкий Г.С. Теплопередача и аэродинамика // М. Л.: 1946.

72. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса // М.:-Мир.- 1976.

73. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа // М.: Изд. технико-теорет. лит. -1957.

74. Гельперин Н.И. Основные прцессы и аппараты химической технологии // М.:-Химия.-1981.

75. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя // М.: Наука. - 1974.140

76. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям // М.: Физматгиз. - 1961.

77. А.с. №1416161 СССР МКИ В 01 D 53/18. Пленочный трубчатый тепломас-сообменный аппарат / Косырев В.М., Живайкин Л.Я., Бахтин Л.А., Жестков C.B., Ульянов В.М. // Заявл. 16.01 1987; Опубл. 15.03.1988. Б.и. № 30.

78. Жестков C.B., Бахтин Л.А., Живайкин Л.Я. Исследование гидродинамики интенсивного прямоточно-вихревого трубчатого абсорбера // Тез.докл. 3-го Всесоюзного совещания по проблеме «Абсорбция газов». Таллин. - 1987.

79. А.с. №1360754 СССР МКИ В 01 D 3/26. Тепломассообменный аппарат / Бахтин Л.А., Живайкин Л.Я., Жестков C.B. и др.// Заявл. 26.05.1986; Опубл. 23.12.1987.-Б.и. №47.

80. А.с. №1286228 СССР МКИ В 01 D 3/26. Массообменный аппарат / Бахтин Л.А., Живайкин Л.Я., Жестков C.B. и др.// Заявл. 17.04.1985; Опубл. 30.01.1987.-Б.и. №4.

81. Николаев Н.А. Исследование и расчет ректификационных и абсорбционных аппаратов вихревого типа: Автореф. дис. докт. техн. наук. Казань, 1974-42с.

82. Левданский Э.И. Исследование гидродинамики и массообмена прямоточ-но-центробежной тарелки /. Оборудование, его эксплуатация, ремонт и защита от коррозии в химической промышленности. М.: НИИТЭХИМ. -1975.-c.7-9 .

83. Рамм В.М. Абсорбция газов // М.: Химия. - изд. 2-е, перер. и доп. - 1976. -с.655.

84. Павлов И.Ф., Романков П.Г., Носков A.A. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / Под ред. П.Г. Романкова. -Л.: Химия,- 1987.-С.576.

85. Сабитов С.С. Исследование массопереноса в аппарате прямоточно-вихревого типа: Автореф. дис. к-татехн. наук. Казань. - 1979.91. ГОСТ 2084-92.

86. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: - 1987.

87. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды.-М.:- 1983.143