Раздел 8. Производство карбамида и КАС

Раздел 8. Производство карбамида и КАС

8.1 Производство карбамида

Карбамид (карбонилдиамид по IUPAC) - высоколиквидный продукт, получаемый из газового сырья. Для получения товарного карбамида в промышленном комплексе "аммиак-карбамид" необходимы метансодержащий газ, атмосферный воздух и вода из водоисточника.

Карбамид - высококонцентрированное азотное удобрение с содержанием азота в товарном продукте не менее 46,2 масс. %, причем азот в карбамиде содержится в амидной форме, что препятствует накоплению "нитратов" в растениях, вымыванию из почвы при дождевых осадках, оказывает благоприятное действие не только на повышение урожая, но и улучшает качество сельскохозяйственных культур: повышает содержание сахара, масла, аскорбиновой кислоты клейковины у зерна и т.д.

Доля карбамида в структуре потребления азотных удобрений в мире продолжает возрастать (см. рисунок 8.1). Сейчас она превышает 60% - 70% всего мирового рынка азотных удобрений, а с учетом КАС суммарная доля карбамида в твердой форме и в виде раствора еще выше. Карбамид используется в животноводстве как белковый заменитель в корме для крупного рогатого скота, овец и коз.

В последние годы доля карбамида, используемого в промышленности начала расширяться. Дополнительно к традиционным областям применения карбамида для получения меламина, карбамидных смол, синтеза циануровой кислоты, очистки моторных масел, производства гербицидов, лекарств, косметических препаратов, появились новые: производство антигололедных реагентов, очистка отходящих газов от .

"Рисунок 8.1 - Структура мирового рынка азотных удобрений"

Мировые мощности по производству карбамида превышают ~200 млн т/год и продолжают расти. Годовая выработка продукта на предприятиях Российской Федерации составляет ~8 млн т.

В России, как и во всем мире, карбамид в промышленности получают путем синтеза из аммиака и диоксида углерода при высоком давлении и температуре.:

Основной вид сырья: жидкий аммиак марок Ак и Б с массовой долей 99,6% поступает из производства аммиака, в котором хранится в изотермическом хранилище при атмосферном давлении и температуре минус 34°C, что позволяет обеспечить минимально возможное содержание растворенных газов в жидком аммиаке.

Второй компонент: диоксид углерода, являющийся побочным продуктом производства аммиака, выделяют из конвертированного газа методами абсорбции водными растворами органических или неорганических оснований. Выделенный таким образом может содержать примеси , , CO, , , а также сернистых соединений из углеводородного сырья.

Поскольку реакция синтеза карбамида идет при повышенном давлении и температуре для сжатия компонентов сырья до давления синтеза, а затем для отделения и возврата непрореагировавших реагентов необходима электроэнергия и тепло греющего водяного пара. Для охлаждения и конденсации непрореагировавших компонентов, а также водяных паров на стадиях выпаривания необходима охлаждающая вода.

Товарный карбамид выпускается в виде прилл или гранул в зависимости от используемой технологии: приллирование в башнях или гранулирование в КС.

В настоящее время на территории Российской Федерации эксплуатируется 10 предприятий, производящих карбамид. Их географическое расположение, сроки введения в эксплуатацию, производительность, используемые технико-экономические показатели приведены в таблице 8.1.

Из представленной таблицы видно, что установки, введенные в эксплуатацию в более поздние сроки, имеют лучшие показатели по энергозатратам. Тем не менее благодаря проведенным реконструкциям даже очень старые агрегаты (эксплуатирующиеся с шестидесятых годов) продолжают эффективно работать, и по показателям энергозатрат не сильно уступают агрегатам, запущенным позднее.

Таблица 8.1 - Установки по производству карбамида в Российской Федерации по состоянию на 1 января 2015 года

N п/п	Наименование предприятия	Месторасположение	Год ввода в эксплуатацию	Годовой объем выпуска тыс. т/год	Технологический процесс	Примечание
1	ОАО "Газпром нефтехим Салават": Цех N 24 (2 агрегата) Цех N 24 (2 агрегата)	Г. Салават, Башкортостан	1964 1966	276,9	Полный жидкостный рецикл	Данные за 2012 год
	Цех N 50 (2 агрегата) Реконструкция URECON2006		1976 2008	204,7	Полный жидкостный рецикл, URECON2006	Данные за 2012 год
2	ОАО "Новомосковская акционерная компания "Азот" Цех N 2 (3 агрегата) Реконструкция URECON2006 Цех N 3 1-я очередь 2-я очередь	Г. Новомосковск, Тульская область	1964 2005 1979 2011	435,7* 692,8 424,7	Полный жидкостный рецикл, URECON2006 Автостриппинг Стриппинг в токе	Данные за 2014 год
3	ОАО "Невинномысский азот" Цех N 2 (3 агрегата) Реконструкция URECON2006 Цех N 2А (1 агрегат) Реконструкция CASALE	Г. Невинномысск, Ставропольского края	1966 2006 1983 2011	361,9* 384,4*	Полный жидкостный рецикл, URECON2006 Стриппинг в токе	Данные за 2014 год
4	ОАО "Куйбышевазот" Цех N 4 (2 агрегата) Реконструкция URECON2006	Г. Тольятти, Самарская область	1968 2008	361,9*	Полный жидкостный рецикл, URECON2006	Данные за 2014 год
6	ЗАО Корпорация "Тольятти Азот" Цех N 08 (1 агрегат) Цех N 09 (1 агрегат)	Г. Тольятти, Самарская область	1979 1980	550,0 500,0	Автостриппинг Автостриппинг	Данные за 2012 год
7	Филиал "Азот" ОАО "ОХК "Уралхим" 1 агрегат	Г. Березники, Пермского края	1981 2000	471,7	Усовершенствованный жидкостной рецикл	Данные за 2014 год
8	Пермское ОАО "Минеральные удобрения" 1 агрегат	Г. Пермь	1981	637,9	Усовершенствованный процесс "С" полного жидкостного рецикла	Данные за 2014 год
9	Кемеровское ОАО "Азот" 1 агрегат	Г. Кемерово	1982	515	Усовершенствованный жидкостной рецикл	Данные за 2014 год
10	АО "ФосАгро-Череповец" Цех N 1 (1 агрегат) Цех N 2 (1 агрегат)	Г. Череповец, Вологодской области	2012 1998	450,0 445,6	Стриппинг в токе , тип Е Стриппинг в токе	Данные за 2014 год Данные за 2011 год
* С учетом раствора на КАС.

Более половины установок карбамида, работающих в России, были введена в эксплуатацию в 1960 - 1980-е годы. Т.е. срок их эксплуатации составляет более 30 лет, что и определяет основные приоритетные проблемы отрасли производства карбамида.

Это в первую очередь физический и моральный износ оборудования. Также сюда относится недостаточная высокая энергоэффективность старых агрегатов. Кроме того, неоднозначная картина по экологической безопасности действующих производств.

Физически устаревшее оборудование при возникновении проблем с ним приводит к незапланированным остановкам, потере выработки и прибыли. Моральный износ оборудования связан с применением устаревших конструкций аппаратов и их внутренних элементов, что не позволяет вести процесс достаточно эффективно.

С этим связана другая проблема - недостаточная энергоэффективность старых производств. Применение устаревших конструкций оборудования и технологических схем в ряде случаев не позволяет достичь современного уровня энергопотребления. В первую очередь это касается агрегатов карбамида АК-70, работающих по технологии полного жидкостного рецикла.

Частично две данные проблемы решены за счет постепенного внедрения реконструкции данных агрегатов по технологии URECON2006. Она позволяет приблизить показатели работы старых цехов к современному уровню, а также значительно продлить срок службы оборудования. Однако технология еще не реализована в полной мере на всех площадках.

Сложная ситуация в отрасли сложилась с узлами получения твердых товарных форм продукта (с получением жидких товарных форм, в виде растворов, проблем нет, поэтому мы их здесь не рассматриваем).

В середине семидесятых годов прошлого века существенно возросли требования потребителя к грануляционному составу продукта в отношении крупности и однородности гранул, а также к температуре отгружаемого продукта. Для получения карбамида в соответствии с указанными требованиями были разработаны новые башни приллирования с повышенной высотой полета гранул (70 - 85 м), оснащенные (для предотвращения деформации незатвердевших частиц и раскалывания затвердевших) встроенным аппаратом охлаждения гранул в КС и пылеочистным устройством инжекционного типа.

Построено более двух десятков башен приллирования в производствах карбамида России (6 шт.), Украины, Беларуси, Литвы, Узбекистана, Алжира, которые выпускают без дополнительной классификации и ретура, продукт с содержанием фракции 2 - 3 мм 94% - 98% и прочностью около 1,0 - 1,1 кгс/гранулу (на размер средней фракции).

Пылеочистное устройство, смонтированное на башнях, позволяет двумя зонами промывки загрязненного воздуха обеспечить остаточное содержание пыли карбамида менее 10 , что ниже предельных норм выбросов, установленных за рубежом. Однако ряд установок карбамида, построенных в начале восьмидесятых годов по договорам комплектной поставки с инофирмами, были укомплектованы башнями с высотой, недостаточной для получения крупных и прочных гранул, а установленные на них пылеочистные устройства практически неработоспособны (был предусмотрен байпас загрязненного воздуха, минуя очистное устройство прямо в атмосферу). Такие башни приллирования нуждаются в доработке и оснащении эффективными очистными сооружениями.

В настоящее время новые производства карбамида зачастую комплектуются установками грануляции в КС вместо башен приллирования. Данная технология обладает таким преимуществом, как повышенная прочность продукта. Необходимо отметить, что по результатам последних исследований Stamicarbon (доклад High-Efficiency Technology go Urea Fluid-Bed Granulator Exhaust Gas на Nitrogen+Syngas 2014) газы, отходящие с установки, содержат аммиак и субмикронную пыль карбамида (менее 1 мкм). Для очистки этих газов до нормативных показателей простой водной промывки недостаточно (предлагается система, содержащая шесть ступеней очистки, включаю зону электростатического улавливания и зону кислотной промывки).

8.1.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

8.1.1.1 Пошаговое описание применяемого технологического процесса (от получения сырья до получения концентрированного раствора включительно)

8.1.1.1.1 Полный жидкостный рецикл

В России эксплуатируются две разновидности схемы с полным жидкостным рециклом - классический процесс Stamicarbon и усовершенствованный процесс TEC. В свою очередь классический процесс Stamicarbon на большинстве предприятий получил усовершенствование в виде процесса URECON2006 или его элементов.

8.1.1.1.1.1 Классический полный жидкостный рецикл (АК-70)

Данный процесс реализован на следующих предприятиях:

- ОАО "Газпром нефтехим Салават", цех 24, агрегаты 1 - 4;

- ОАО "Газпром нефтехим Салават", цех 50, агрегаты 1 - 2;

- ОАО "Куйбышев Азот", агрегаты 1, 2;

- ОАО "Акрон", агрегаты 1 - 4;

- ОАО "Невинномысский азот", агрегаты 1 - 3;

- ОАО "НАК "Азот", цех Карбамид 2, агрегаты 1 -3.

Синтез карбамида из жидкого аммиака и газообразного диоксида углерода по технологии полного жидкостного рецикла проходит при температуре 180°C - 195°C и давлении 18,5-20 МПа, с последующим выделением непрореагировавших компонентов на двух ступенях дистилляции и возвратом (рециклом) в узел синтеза в виде раствора карбамата.

Данный процесс был разработан в 1960-х годах фирмой Stamicarbon. В СССР в эти годы было закуплено несколько комплектов оборудования для агрегатов мощностью 270 т/сут. Данный процесс изначально не содержал в себе стадии обработки сточных вод. В 1964 - 1967 годах проводились работы, результаты которых способствовали ускорению освоения проектных мощностей, снижению расходных коэффициентов, решению вопроса взрывобезопасной эксплуатации, уменьшению загрязнения сточных вод и выхлопных газов, а также повышения качества продукта.

"Рисунок 8.2 - Схема технологического процесса (включая получение готового продукта)."

Подача реагентов

Диоксид углерода поступает из цеха по производству аммиака с давлением не менее 50 мм вод. ст. и температурой не более 45°C. Перед компримированием газ проходит влагоотделитель. С целью предотвращения коррозии в узле синтеза в поток диоксида углерода вентилятором нагнетается воздух в количестве, обеспечивающем объемную долю кислорода в диоксиде углерода 0,6% - 0,7%. Диоксид углерода нагнетается компрессором в колонну синтеза с давлением 20 МПа.

Жидкий аммиак поступает в производство карбамида из заводских сетей с давлением 1,1 МПа. Насосами низкого давления аммиак через фильтры закачивается в танк аммиака, где смешивается с возвратным аммиаком из технологии. Из танка аммиак плунжерными насосами высокого давления с давлением 20 МПа и температурой 60°C - 90°C подается в колонну синтеза.

В колонну синтеза насосами также подается раствор карбамата из узла рецикла.

Синтез

Реакция синтеза в колонне протекает в две стадии по уравнениям:

кДж/моль (1)

кДж/моль (2)

Аммиак и диоксид углерода реагируют по уравнению (1) с образованием карбамата аммония и выделением тепла. Равновесие реакции сдвигается вправо вследствие избытка аммиака, вводимого с исходными компонентами. Тепло, выделяющееся при взаимодействии аммиака и двуокиси углерода, используется для образования карбамида по реакции (2), протекающей с поглощением тепла. В целом процесс получения карбамида экзотермический, т.е. суммарный тепловой эффект реакции (1) и (2) положительный.

Характерной особенностью данного процесса является наличие только одного аппарата высокого давления - реактора синтеза.

Компоненты подаются в реактор синтеза в таком количестве, чтобы мольное соотношение : составляло . Высокое значение L позволяет добиться большой степени конверсии в карбамид (до 65% - 70%).

Среднее давление

Раствор карбамида после реактора синтеза с температурой 195°C дросселируется до давления 1,5 - 1,8 МПа и направляется в ректификационную колонну 1-й ступени.

Жидкая фаза из нижней части колонны поступает в подогреватель I ступени, где нагревается паром 1,4 - 1,6 МПа до температуры 145°C - 162°C, при этом происходит разложение карбамата аммония и отделение основной части не прореагировавших аммиака и диоксида углерода от раствора карбамида.

Из подогревателя газожидкостная смесь направляется в сепаратор для разделения фаз. Газы из сепаратора направляются в среднюю часть ректификационной колонны.

Газообразный аммиак и диоксид углерода из верхней части ректификационной колонны направляется в конденсатор среднего давления (барботер). Здесь происходит абсорбция основной части и части . Тепло реакции снимается охлаждающей водой. Далее эта газо-жидкостная смесь с температурой 90°C - 100°C поступает в промывную колонну.

Промывная колонна (тарельчатый аппарат) орошается свежим аммиаком. Здесь происходит окончательное поглощение и получившийся раствор карбамата с температурой 70°C - 80°C насосами откачивается в колонну синтеза. Газообразный аммиак из промывной колонны с температурой 40°C - 50°C направляется в конденсаторы аммиака и далее - в танк, из которого насосами высокого давления подается в колонну синтеза.

По оригинальной схеме газовая фаза из конденсаторов аммиака и танка аммиака отводится за пределы агрегата (к примеру, в цех аммиачной селитры).

Так как для возврата непрореагировавших реагентов используются 2 узла конденсации под давлением 1,8 МПа и 0,3 МПа, то в возвращаемых растворах содержится относительно большое количество воды (в противном случае при этих давлениях растворы не могут существовать). Вода негативно влияет на степень конверсии в реакторе синтеза и ухудшает энергоэффективность производства из-за большого удельного объема рецикла.

Низкое давление

Раствор карбамида после сепаратора 1-й ступени дросселируется до давления 0,2 - 0,4 МПа и подается на вторую ступень дистилляции. Принцип работы ее аналогичен первой ступени. Раствор карбамида подогревается в подогревателе до 135°C - 142°C. Образовавшийся после конденсации газов раствор карбамата из сборника откачивается насосами в промывную колонну среднего давления.

По оригинальной схеме газовая фаза из сборника раствора карбамата низкого давления направляется за пределы агрегата (к примеру, в цех аммиачной селитры). Стоит отметить, что количество отводимых таким образом и может достигать 10 кг/т.

Раствор карбамида сливается в сборник, из которого затем насосами подается в узел выпаривания.

Выпаривание

Узел упаривания раствора предназначен для получения обезвоженного плава карбамида из водного раствора карбамида и подачи его на гранулирование. Процесс упаривания раствора карбамида проводится в две ступени. Каждая ступень состоит из теплообменника-испарителя и сепаратора.

На первой ступени выпарки раствор карбамида упаривается до массовой доли карбамида 93% - 95% при температуре 120°C - 140°C и давлении (абсолютном) 30 - 50 кПа. В испарителе используется пар с давлением 0,8 МПа.

В случае, если плав в дальнейшем подвергается приллированию, то на второй ступени выпарки раствор упаривается до массовой доли карбамида не менее 99,7% - 99,8% при абсолютном давлении 3 -10 кПа и температуре 134°C - 142°C. В испарителе используется пар с давлением 0,4 - 0,9 МПа. В случае если плав подвергается грануляции, то раствор упаривается до концентраций 96% - 98%.

Соковые пары (по большей части - вода) из сепараторов направляются в узел конденсации. Конструктивно узел конденсации представляет собой каскад кожухотрубных конденсаторов, охлаждаемых водой и систему паровых эжекторов (на паре 0,8 МПа). Все конденсаторы выпарки охлаждаются оборотной водой. Из хвостового конденсатора газовая фазы выбрасывается в атмосферу. Полученный конденсат сокового пара направляется в узел очистки сточных вод.

Обращение со сточными водами

Как было сказано выше, изначально схемы с полным жидкостным рециклом поставлялись без узла очистки сточных вод. В дальнейшем такие агрегаты были оснащены узлами десорбции и гидролиза образующихся сточных вод для удаления из них аммиака и карбамида.

Конденсат сокового пара из сборника через теплообменники подается насосом на верхнюю тарелку в десорбер первой ступени (вертикальный тарельчатый аппарат). В десорбере I ступени при температуре 130°C - 145°C давлении 0,27 - 0,33 МПа из раствора происходит выделение паров , и воды. ПГС из десорбера с температурой 105°C - 115°C поступает на конденсацию в конденсатор 2-й ступени дистилляции.

Аммиачная вода из десорбера I ступени насосом через теплообменник подается в гидролизеры (2 горизонтальных аппарата со встроенными теплообменниками) с температурой не более 195°C. В аппаратах с помощью подачи пара поддерживаются условия для разложения карбамида - давление 1,9 МПа, температура 190°C. Газожидкостная смесь дросселируется и с температурой 129°C отводится в сепаратор. Газовая фаза из сепаратора направляется в конденсатор 2-й ступени дистилляции. Жидкая фаза отводится в десорбер II ступени (вертикальный тарельчатый аппарат). Отгонка и здесь производится за счет нагрева раствора водяным паром, подаваемым в межтрубное пространство выносного кипятильника. В кубовой части поддерживается температура 115°C - 125°C, давление в аппарате 0,15 МПа.

Очищенная сточная вода из десорбера II охлаждается в холодильнике до температуры 40°C, откуда насосом подается за пределы агрегата.

Газы десорбции проходят каплеотбойник и через межтрубное пространство горизонтального кожухотрубного конденсатора и сепаратор направляются в цех аммиачной селитры.

Описание процесса приведено в таблице 8.2, основное технологическое оборудование - в таблице 8.3, природоохранное оборудование - 8.4.

Таблица 8.2 - Описание технологического процесса

N подпроцесса	Вход	Подпроцесс	Выход	Основное оборудование	Эмиссии (наименование)
1.1	Аммиак	Компрессия	Аммиак	Насос
1.2	Диоксид углерода	Компрессия	Диоксид углерода	Компрессор
1.3	Аммиак, диоксид углерода	Смешение	Раствор карбамата	Смеситель
1.4	Аммиак, диоксид углерода, карбамат аммония	Синтез	Раствор карбамида и карбамата аммония	Реактор синтеза
1.5	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Дистилляция и рециркуляция	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Колонна дистилляции, конденсаторы	Аммиак, диоксид углерода
1.6	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Выпаривание, конденсация	Плав карбамида	Испаритель, вакуум-сепаратор, конденсадор#	Аммиак
1.7	Газы дистилляции	Абсорбция газов	Водный раствор аммиака	Абсорбер	Аммиак
1.8	Водный раствор аммиака и карбамида	Десорбция и гидролиз	Аммиак	Десорбер, колонна ректификации аммиака	Аммиак, карбамид

Таблица 8.3 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Насос аммиака высокого давления	Компримирование аммиака	Давление нагнетания 20 МПа
Компрессор центробежный с паровой турбиной	Компримирование диоксида углерода	Давление нагнетания 20 МПа
Карбаматный насос	Подача раствора карбамата в узел синтеза	Давление нагнетания 20 МПа
Смеситель	Смешение аммиака с диоксидом углерода (синтез карбамата)	Давление 20 МПа
Реактор синтеза карбамида	Синтез карбамида	Давление 20 МПа Температура 200°C
Ректификационная колонна 1-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 1,8 МПа Температура 160°C
Подогреватель 1-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 1,8 МПа Температура 160°C
Сепаратор 1-й ступени	Разделение газожидкостной смеси	Давление 1,8 МПа Температура 160°C
Конденсатор 1-й ступени (барботер)	Конденсация и	Давление 1,8 МПа Температура 100°C
Промывная колонна	Конденсация из газовой фазы	Давление 1,8 МПа Температура 70°C
Конденсатор аммиака	Конденсация	Давление 1,8 МПа Температура 25°C
Ректификационная колонна 2-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 0,3 МПа Температура 140°C
Подогреватель 2-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 0,3 МПа Температура 140°C
Сепаратор 2-й ступени	Разделение газожидкостной смеси	Давление 0,3 МПа Температура 140°C
Конденсатор 2-й ступени	Конденсация и	Давление 0,3 МПа Температура 50°C
Испаритель 1-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,03 МПа (абс.) Температура 130°C
Сепаратор 1-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,03 МПа (абс.) Температура 130°C
Испаритель 2-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C
Сепаратор 2-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C

Таблица 8.4 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Хвостовой абсорбер	Абсорбция аммиака после стадий: синтеза; дистилляции; ректификации	Давление - атмосферное Температура 45°C
Хвостовой конденсатор	Конденсация аммиака после узла выпаривания	Давление - атмосферное Температура 45°C
Десорбер 1-й ступени	Удаление и из сточной воды	Давление 0,35 МПа Температура 140°C
Десорбер 2-й ступени	Удаление и из сточной воды	Давление - атмосферное Температура 110°C
Гидролизер	Разложение карбамида в сточной воде	Давление 1,8 МПа Температура 190°C

8.1.1.1.2 ТEC - усовершенствованный процесс "С" с полным жидкостным рециклом на ОАО "Минеральные удобрения", Пермь

С момента учреждения в 1961 году компания Toyo Engineering Corporation приобрела известность как инжиниринговый подрядчик и лицензиар процесса получения карбамида. За прошедшие годы компания выполняла проектирование, строительство и пуско-наладку# более чем 100 установок карбамида по собственным технологиям, включая процесс грануляции карбамида.

В Россию (СССР), г. Пермь, фирмой TEC в 1980 году была поставлена первая установка производительностью 1500 т/сут, в которой применяется усовершенствованный процесс С полного жидкостного рецикла - последняя модификация (на тот период времени) процесса карбамида фирмы Mitsui Toatsu, разработанная специально для крупномасштабных установок.

В схеме TEC, как и в классической схеме с полным жидкостным рециклом используется один аппарат с высоким давлением (реактор синтеза) и трехступенчатая дистилляция.

Подача реагентов

Пар высокого давления, поступающий из производства аммиака, подают на паровую турбину, приводящую в действие турбокомпрессор газообразного диоксида углерода. Пар после турбины под давлением 1,3 МПа используется затем в технологическом процессе.

Газообразный диоксид углерода поступает из производства аммиака с температурой 35°C. Далее он сжимается в компрессоре до 25 МПа и подается в реактор синтеза. Между 2-й и 3-ей ступенями компрессора диоксид углерода проходит очистку от горючих примесей в реакторе выжигания в присутствии кислорода до содержания 0,01%.

Аммиак поступает на производство с давлением 1,8 МПа, температурой -34°C. Пройдя подогреватель-регенератор, он смешивается с возвратным аммиаком и поступает в сборник с параметрами 1,6 МПа и 39°C. Из сборника аммиак насосами высокого давления сжимается до 25 МПа и направляется в реактор синтеза через подогреватель с температурой 79°C.

В реактор также подается регенерированный раствор карбамата аммония.

Высокое давление

Рабочие условия, созданные в реакторе (температура 190°C - 200°C и давление 23 - 25 МПа), позволяют получить очень высокую степень конверсии диоксида углерода - до 72%, однако стоит отметить, что такие высокие значения степени конверсии достигаются за счет значительного содержания карбамида в рецикловом растворе карбамата аммония (порядка 10% - 13% масс.) в этих условиях кажущееся увеличение степени конверсии составляет более 3,5% абс.

Среднее давление

Трехступенчатая система дистилляции работает под давлением 1,5 -2 МПа, 0,2 - 0,3 МПа и атмосферным давлением.

Раствор карбамида из реактора синтеза дросселируется до давления 1,7 МПа и с температурой 123°C подается в узел дистилляции среднего давления.

Колонна дистилляции первой ступени состоит из двух частей: верхней (ректификационной) с ситчатыми тарелками и нижней, представляющей собой отпарной аппарат пленочного типа. Дистилляция идет за счет подогрева раствора в выносном кипятильнике (до 151°C), а затем нижней части аппарата (до 165°C) паром.

Раствор карбамида из нижней части колонны дистилляции первой ступени проходит через теплообменник для передачи тепла плава раствору второй ступени дистилляции.

Газовая фаза направляется в барботажный холодильник, где при температуре 100°C около 65% абсорбируется жидким и раствором карбамата.

Оставшиеся газы поступают в абсорбер высокого давления, где при температуре 60°C и давлении 1,65 МПа смесью и слабого раствора карбамата из абсорбера низкого давления абсорбируется оставшаяся часть . Очищенный от газообразный аммиак поступает в конденсаторы и далее в сборник, а затем возвращается в узел синтеза.

Получившийся раствор карбамата с температурой 100°C подается в узел синтеза с помощью насосов высокого давления.

Низкое давление

Колонна дистилляции второй ступени работает при давлении 0,25 МПа, оборудована выносным кипятильником, тарелками в верхней части и слоем насадки в нижней части. Для более полного выделения из раствора и используется принцип стриппингования, для чего в нижнюю часть разлагателя подают диоксид углерода от компрессора, благодаря чему сокращается подача воды на абсорбцию. Снижение количества воды в абсорбционной системе в свою очередь способствует высокой конверсии.

Газовая фаза из колонны подается в абсорбер низкого давления барботажного типа для конденсации при температуре 70°C.

Неабсорбированные газы дросселируются до атмосферного давления и в смеси газов из газосепаратора (третья ступень дистилляции) подаются в атмосферный абсорбер. Здесь при температуре 36°C происходит абсорбция. Инерты из абсорбера в смеси газом из хвостового абсорбера с помощью газодувки подаются в газосепаратор (третья ступень дистилляции) и промывную колонну отходящих газов.

Атмосферное давление

Третья ступень дистилляции состоит из газосепаратора, разделенного на две части глухой тарелкой: верхняя работает под давлением 0,03 МПа и температуре 106°C, а нижняя часть - под атмосферным давлением и температуре 92°C. В верхней части отгоняется большая часть и , выделившихся в результате дросселирования.

Кристаллизация

Окончательное выделение и из раствора проводят в обогреваемом сепараторе, из которого раствор направляют в вакуум-кристаллизатор. Процесс кристиллизации# протекает при температуре 60°C. Кристаллы мочевины из раствора промывают от биурета и отделяют в центрифуге, затем с помощью пневмотранспорта сушат и подают на верх башни приллирования, где кристаллы плавят, и полученный расплав диспергируют в башне. Гранулы охлаждаются сначала в полете (воздухом), а затем дополнительно в аппарате охлаждения гранул в КС, расположенном в нижней части башни. Готовый продукт после классификации направляют на склад или упаковку. Газы дистилляции от дистилляторов конденсируют и абсорбируют в соответствующих абсорберах.

После отделения кристаллов в маточнике остается такая нежелательная примесь, как биурет. Проблема решается путем подачи части маточника - насыщенного раствора карбамида с высоким содержанием биурета в зону синтеза, где биурет подвергается процессу аммонолиза с образованием карбамида.

В результате применения узла кристиллизации# данная схема позволяет получать карбамид с низким содержанием биурета 0,3% - 0,4%.

Очистка сточных вод, абсорбция

Технологический конденсат, содержащий аммиака до 0,53 масс. % и карбамида до 3,86% масс., насосом через рекуперативный теплообменник подается через подогреватель в 1-ую отпарную колонну.

Колонна представляет собой цилиндрический вертикальный аппарат насадочного типа, заполненный 2-я секциями насадки. Температура в верхней части 132°C - 137°C, в нижней части 140°C - 143°C. Регулирование температуры в нижней части осуществляется циркуляцией части кубового продукта через кипятильник.

Очищенный в процессе десорбции от аммиака и диоксида углерода технологический конденсат, содержащий аммиака до 0,41 масс. % и карбамида до 3,63% масс., последовательно охлаждается в кожухотрубчатых теплообменниках. После охлаждения технологический конденсат подается в технологию.

Газовая фаза из 1-й отпарной колонны с температурой 132°C - 137°C и давлением 0,28 МПа поступает в абсорбер низкого давления. Соковый конденсат из абсорбера с температурой 25°C - 45°C сливается в емкость. Из емкости - на орошение концевого абсорбера.

Несконденсировавшийся после конденсаторов газ паровым эжектором подается в нижнюю часть концевого абсорбера. Часть газовой фазы из концевого абсорбера газодувкой возвращается в технологический цикл в газосепаратор, а другая часть направляется в колонну для промывки отходящих газов.

Колонна для промывки отходящих газов представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат насадочного типа. Инертный газ, очищенный от аммиака, сбрасывается в атмосферу.

Из концевого абсорбера раствор с температурой 57°C - 68°C сливается в емкость, где смешиваются с технологическим конденсатом из колонны для промывки отходящих газов и насосом через подогреватель подается на 4-ю тарелку 2-й отпарной колонны.

2-я отпарная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из двух частей, разделенный глухой тарелкой. В верхней части отпарной колонны температура 142°C - 145°C, в нижней части - 148°C - 149°C.

Для разложения карбамида раствор с глухой тарелки насосом через подогреватель подается в гидролизер, где при температуре 176°C - 180°C и давлении 1 МПа происходит разложение карбамида на аммиак и диоксид углерода. Из гидролизера газожидкостная смесь поступает в кубовую часть 2-й отпарной колонны для десорбции аммиака.

Очищенный технологический конденсат охлаждается до температуры не более 81°C в теплообменнике, после чего поступает на подпитку водооборотного цикла.

Описание процесса приведено в таблице 8.5, основное технологическое оборудование - в таблице 8.6, природоохранное оборудование - 8.7.

Таблица 8.5 - Описание технологического процесса

N подпроцесса	Вход	Подпроцесс	Выход	Основное оборудование	Эмиссии (наименование)
1.1	Аммиак, диоксид углерода	Прием и хранение сырья	Аммиак, диоксид углерода	Скруббер-охладитель , реактор выжигания горючих, фильтр
1.2	Аммиак	Компрессия	Аммиак	Насос
1.3	Диоксид углерода	Компрессия	Диоксид углерода	Компрессор
1.4	Аммиак, диоксид углерода, раствор карбамата	Синтез карбамида	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Реактор синтеза
1.6	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Дистилляция и рециркуляция	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Подогреватели, сепараторы, конденсаторы
1.7	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Кристаллизация, конденсация	Плав карбамида	Кристаллизаторы, конденсаторы
1.8	Водный раствор аммиака и карбамида	Десорбция, гидролиз	Аммиак	Десорбер, гидролизер	Аммиак, карбамид
1.9	Газообразный аммиак, инерты	Абсорбция	Газообразный аммиак, инерты	Абсорберы	Аммиак

Таблица 8.6 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Насос аммиака высокого давления	Компремирование аммиака	Давление нагнетания 25 МПа
Компрессор центробежный с паровой турбиной	Компремирование диоксида углерода	Давление нагнетания 25 МПа
Реактор синтеза карбамида	Синтез карбамида	Давление 25 МПа Температура 200°C
Насос раствора карбамата	Подача раствора карбамата в узел синтеза	Давление 25 МПа Температура 100°C
Колонна дистилляции 1-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 1,7 МПа Температура 165°C
Кипятильник 1-й ступени дистилляции	Разложение карбамата аммония	Давление 1,7 МПа Температура 151°C
Конденсатор 1-й ступени дистилляции (барботер)	Конденсация и	Давление 1,7 МПа Температура 100°C
Абсорбер высокого давления	Конденсация и	Давление 1,7 МПа Температура 60°C
Колонна дистилляции 2-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 0,25 МПа Температура 115°C
Кипятильник 2-й ступени дистилляции	Разложение карбамата аммония	Давление 0,25 МПа Температура 115°C
Абсорбер низкого давления (барботер)	Абсорбция и	Давление 0,25 МПа Температура 70°C
Газосепаратор (3-я ступень дистилляции)	Разложение карбамата аммония	Давление - атмосферное Температура 106°C
Абсорбер под атмосферным давлением (узла дистилляции)	Очистка отходящих газов	Давление - атмосферное Температура 36°C
Кристаллизатор	Разделение жидкой и газовой фаз	Давление - атмосферное Температура 60°C

Таблица 8.7 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Промывная колонна отходящих газов	Очистка отходящих газов	Давление - атмосферное Температура 40°C
2-ая отпарная колонна	Удаление и из сточной воды	Давление 0,28 МПа Температура 125°C
Гидролизер	Разложение карбамида в сточной воде	Давление - 1 МПа Температура 180°C

8.1.1.1.3 Технология URECON2006 (в том числе - с элементами данной технологии)

Данная технология реализована на следующих предприятиях:

- ОАО "Куйбышев Азот", агрегаты 1, 2;

- ОАО "Акрон", агрегаты 1 - 4;

- ОАО "Газпром нефтехим Салават", цех 50, агрегаты 1, 2;

- ОАО "Невинномысский азот", агрегаты 1 - 3;

- ОАО "НАК "Азот", цех Карбамид 2, агрегаты 1 - 3.

Технология URECON 2006 представляет собой усовершенствованную схему с полным жидкостным рециклом. URECON 2006 использует принципиально новые аппараты и устройства с оптимизированной гидродинамикой движения потоков внутри аппаратов и высокой эффективностью тепло- и массообмена. Технология URECON 2006 может быть использована как для проведения реконструкции агрегата карбамида, так и для строительства нового агрегата карбамида по схеме усовершенствованного полного жидкостного рецикла (см. рисунок 8.3).

"Рисунок 8.3 - Агрегат карбамида по технологии URECON2006"

Основные отличия URECON2006 от технологии полного жидкостного рецикла кроются в конструкции узла синтеза и оформлении узлов дистилляции среднего и низкого давлений. Поэтому приведем здесь описание только этих узлов.

Высокое давление

Синтез протекает при давлении 20 МПа и температуре 190...195°C. В реактор устанавливается комплект внутренних устройств (КВУ), состоящий из вихревого смесителя, насадки продольного секционирования и массообменных тарелок. Установка КВУ позволяет получить максимальную степень конверсии сырья в карбамид в интенсивных условиях протекания процесса.

Среднее давление

Дистилляция среднего давления проводится при давлении 1,8 - 2,0 МПа и температуре 155°C165°C.

Дистиллятор среднего давления представляет собой совмещенные в одном аппарате массообменный тарельчатый аппарат и пленочный теплообменник-испаритель (стриппер) с подачей стриппинг-агента (см. рисунок 8.4). В межтрубное пространство теплообменника подается насыщенный пар. Затем отогнанные из раствора аммиак и диоксид углерода контактируют на массообменных тарелках со свежим раствором, подаваемым в верхнюю часть аппарата.

"Рисунок 8.4 - Дистиллятор среднего давления"

Низкое давление

Раствор карбамида из дистиллятора среднего давления направляется в массообменную часть дистиллятора низкого давления. Газы дистилляции среднего давления, выходящие из дистиллятора среднего давления, направляются для рекуперации тепла в межтрубное пространство дистиллятора низкого давления. Дистиллятор низкого давления также совмещает в одном аппарате функции колонны дистилляции и пленочного теплообменника-испарителя (см. рисунок 8.5). Отличием процесса кроме физических параметров является использование вместо тепла конденсации водяного пара, тепла конденсации газов дистилляции среднего давления. Вместе с газами дистилляции среднего давления в межтрубное пространство дистиллятора низкого давления подается и большая часть раствора карбамата низкого давления от насосов.

Дистилляция низкого давления проводится при давлении 0,25 - 0,35 МПа и температуре 125°C - 135°C.

"Рисунок 8.5 - Дистиллятор низкого давления"

Газы дистилляции низкого давления из верхней части дистиллятора низкого давления направляются в конденсатор, охлаждаемый оборотной водой. В него также подается раствор карбамата из узла десорбции и гидролиза. Газожидкостная смесь из конденсатора отводится в емкость. Насосами большая часть раствора карбамата низкого давления подается в межтрубное пространство дистиллятора низкого давления. Оставшееся количество раствора карбамата подается на нижнюю тарелку в промывную колонну. Несконденсировавшиеся газы из емкости направляются в абсорбер.

Форвыпарка

Раствор карбамида из дистиллятора низкого давления дросселируется и подается в теплообменник-рекуператор форвыпарки (см. рисунок 8.6). Рекуперативный теплообменник позволяет использовать тепло газов дистилляции для подогрева раствора карбамида и исключает расход пара на подогреватель.

В теплообменнике-рекуператоре при остаточном давлении 5060 кПа и температуре 95°C - 105°C происходит окончательная отгонка аммиака и диоксида углерода и предварительное упаривание раствора, за счет использования тепла конденсации-абсорбции газов дистилляции среднего давления, подаваемых в межтрубное пространство рекуператора из межтрубного пространства дистиллятора низкого давления. Вакуум в аппарате создается за счет конденсации соковых паров в конденсаторе форвыпарки. Инерты из конденсатора отсасываются водоструйным эжектором. В качестве рабочего потока в эжекторе используется раствор из сборника конденсата сокового пара, циркулирующий с помощью насосов. Раствор после эжектора используется в качестве орошения абсорбера, в котором происходит абсорбция сдувок дистилляции низкого давления. Тепло абсорбции снимается оборотной водой в холодильнике. Инерты из абсорбера сбрасываются на свечу.

"Рисунок 8.6 - Теплообменник-рекуператор"

Раствор карбамида из теплообменника-рекуператора, закрепленный до концентрации 79 - 81 масс. % сливается в сборник раствора карбамида.

Газожидкостная смесь из межтрубного пространства теплообменника-рекуператора направляется для полной конденсации и абсорбции в узел промывной колонны.

Агрегат по схеме URECON2006 имеет современные технико-экономические показатели: расходный коэффициент по - 567 - 570 кг/т; по - 734 - 750 кг/т; по пару - 0,80 - 0,85 Гкал/т.

По данной технологии реконструированы агрегаты карбамида на ЗАО "Куйбышевазот", ОАО "Невинномысский азот", ОАО НАК "Азот", ОАО "Газпром нефтехим Салават" (цех N 50), ОАО "Акрон" (г. В. Новгород), ОАО "Максам-Чирчик", Узбекистан.

В результате проведенных реконструкций достигнуты следующие показатели:

- увеличение мощности с 250 - 400 до 500 - 550 т/сут;

- снижение энергопотребления на 25%;

- стабильность и надежность работы оборудования.

Описание процесса приведено в таблице 8.8, основное технологическое оборудование - в таблице 8.9, природоохранное оборудование - 8.10.

Таблица 8.8 - Описание технологического процесса

N подпроцесса	Вход	Подпроцесс	Выход	Основное оборудование	Эмиссии (наименование)
1.1	Аммиак	Компрессия	Аммиак	Насос
1.2	Диоксид углерода	Компрессия	Диоксид углерода	Компрессор
1.3	Аммиак, диоксид углерода	Смешение	Раствор карбамата	Смеситель
1.4	Аммиак, диоксид углерода, раствор карбамата	Синтез	Раствор карбамида и карбамата аммония	Реактор синтеза
1.5	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Дистиляция# и рециркуляция	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Колонна дистилляции, конденсаторы
1.6	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Выпаривание, конденсация	Плав карбамида	Испаритель, вакуум-сепаратор, конденсадор#
1.7	Газы дистилляции	Абсорбция газов	Водный раствор аммиака	Абсорбер	Аммиак
1.8	Водный раствор аммиака и карбамида	Десорбция и гидролиз	Аммиак	Десорбер, колонна ректификации аммиака	Аммиак, карбамид

Таблица 8.9 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Насос аммиака высокого давления	Компримирование аммиака	Давление нагнетания 20 МПа
Компрессор центробежный с паровой турбиной	Компримирование диоксида углерода	Давление нагнетания 20 МПа
Карбаматный насос	Подача раствора карбамата в узел синтеза	Давление нагнетания 20 МПа
Смеситель	Смешение аммиака с диоксидом углерода (синтез карбамата)	Давление 20 МПа
Реактор синтеза карбамида	Синтез карбамида	Давление 20 МПа Температура 200°C
Дистиллятор 1-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 1,8 МПа Температура 165°C
Конденсатор 1-й ступени (барботер)	Конденсация и	Давление 1,8 МПа Температура 100°C
Промывная колонна	Конденсация из газовой фазы	Давление 1,8 МПа Температура 70°C
Конденсатор аммиака	Конденсация	Давление 1,8 МПа Температура 25°C
Дистиллятор 2-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 0,3 МПа Температура 135°C
Конденсатор 2-й ступени	Конденсация и	Давление 0,3 МПа Температура 50°C
Теплообмениик-рекуператор#	Разложение карбамата аммония	Давление 0,05 - 0,06 МПа (абс.) Температура 105°C
Испаритель 1-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,03 МПа (абс.) Температура 130°C
Сепаратор 1-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,03 МПа (абс.) Температура 130°C
Испаритель 2-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C
Сепаратор 2-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C

Таблица 8.10 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Хвостовой абсорбер	Абсорбция аммиака после стадий: синтеза; дистилляции; ректификации	Давление - атмосферное Температура 45°C
Хвостовой конденсатор	Конденсация аммиака после узла выпаривания	Давление - атмосферное Температура 45°C
Десорбер 1-й ступени	Удаление и из сточной воды	Давление 0,35 МПа Температура 140°C
Десорбер 2-й ступени	Удаление и из сточной воды	Давление - атмосферное Температура 110°C
Гидролизер	Разложение карбамида в сточной воде	Давление 1,8 МПа Температура 190°C

8.1.1.1.4 Стриппинг в токе

Процесс реализован на следующих предприятиях:

- ОАО "Невинномысский азот", цех 2а;

- ОАО "НАК "Азот", цех Карбамид 3, очередь 2;

- АО "ФосАгро-Череповец", ЦПМ N 1, ЦПМ N 2.

Производство карбамида из жидкого аммиака и газообразной двуокиси углерода по технологии стриппинга в токе компании Stamicarbon, Нидерланды производится при температуре 170°C - 185°C и давлении 13,5 - 14,5 МПа.

Непрореагировавшие и выделяют из плава синтеза и конденсируют их при высоком давлении. При этом теплоту конденсации газов дистилляции можно отводить при сравнительно высокой температуре, получая пар низкого давления, пригодный для утилизации. Выделение непрореагировавших веществ при высоком давлении осуществляют продувкой .

В стриппинг-процессах большую часть непревращенного карбамата аммония, содержащегося в плаве синтеза, удаляют и возвращают в реактор до того, как понизить давление. Это позволяет снизить количество воды в возвращаемых компонентах, что приводит к улучшению условий синтеза, уменьшению энергозатрат.

Схема технологического процесса приведена на рисунке 8.7.

"Рисунок 8.7 - Схема технологического процесса (включая получение готового продукта)"

Подача реагентов

Диоксид углерода поступает из цеха по производству аммиака. Перед компримированием возможна подготовка газа в узлах его охлаждения и выжигания горючих компонентов. С целью предотвращения коррозии в узле синтеза в поток диоксида углерода вентилятором нагнетается воздух, в количестве обеспечивающем объемную долю кислорода в диоксиде углерода 0,75 - 0,95%. Диоксид углерода нагнетается компрессором в узел синтеза с давлением 14,2 - 15,2 МПа и температурой 90°C - 125°C.

Жидкий аммиак поступает в производство карбамида из заводских сетей с температурой от минус 34 до плюс 25°C и давлением 1,3-2,1 МПа. Осуществляется подогрев до температуры 10°C - 25°C и далее насосами высокого давления аммиак подается в узел синтеза с давлением 15,1 - 17,2 МПа.

Высокое давление

Узел синтеза состоит из реактора синтеза, карбаматного конденсатора, скруббера и стриппера. Характерной особенностью данной технологии является то, что все аппараты узла синтеза работают под одним и тем же давлением, а движение потоков осуществляется под действием сил гидростатики.

Раствор карбамида после реактора синтеза с температурой 180°C - 185°C содержанием карбамида не менее 31% направляется в стриппер для разложения не конвертированного карбамата аммония. Компоненты подаются в реактор синтеза в таком количестве, чтобы мольное соотношение составляло . Средняя степень конверсии в таких агрегатах 58% - 60%.

Инерты, непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода из верхней части реактора синтеза отводятся в скруббер высокого давления.

Стриппинг-процесс ведут таким образом, чтобы массовая доля аммиака в растворе, покидающем стриппер, составляла не более 9,0%. Греющим агентом выступает пар с давлением 1,7 - 2,1 МПа, подаваемый из сетей предприятия.

Отогнанные в стриппере газы - и (а также небольшая часть воды) - направляются для конденсации в карбаматный конденсатор. Там проходит реакция (1) и избыточное тепло отводится в виде пара низкого давления (НД), используемого на нужды цеха. Давление получаемого пара составляет 0,33 - 0,58 МПа. Условия работы карбаматного конденсатора подобраны таким образом, чтобы степень конденсации газовой фазы составляла ~80%. Тепло конденсации оставшейся части газовой фазы необходимо для поддержания режима автотермичности в реакторе синтеза.

Полученный в карбаматном конденсаторе раствор карбамата и газовая фаза с температурой 168°C - 175°C направляются в реактор синтеза.

Газовая фаза из реактора в присутствии раствора раствора карбамата из узла конденсации низкого давления , и вода конденсируются в скруббере высокого давления и получившийся раствор с температурой 158°C - 168°C с помощью эжектора подается в карбаматный конденсатор. Рабочим потоком при этом является поток жидкого аммиака высокого давления. Нормальную работу скруббера обеспечивает циркуляция конденсата с температурой на входе в скруббер не менее 100°C и перепадом температур по выходу и входу конденсата не менее 8°C.

Газовая фаза из сепарирующей части скруббера отводится в абсорбер низкого давления под давлением 0,55 - 0,65 МПа. Орошение в абсорбере производится конденсатом сокового пара из узла конденсации вакуум-выпарки. Далее газовая фаза смешивается в эжекторе с воздухом и выбрасывается в атмосферу.

Таким образом в узле синтеза осуществляется газовый рецикл большей части непрореагировавших компонентов. При этом не требуется наличие насоса высокого давления для закачивания большого объема возвратного раствора карбамата в узел синтеза.

Обратной стороной экономии энергоресурсов и снижения количества дорогостоящего динамического оборудования является увеличение размера и количества аппаратов высокого давления (4 шт.) со снижением эффективности работы реактора синтеза (относительно, к примеру, технологии с полным жидкостным рециклом).

Низкое давление

Раствор из стриппера направляется в узел рециркуляции. Узел рециркуляции предназначен для удаления из раствора карбамида непрореагировавших аммиака и диоксида углерода и возврата их в узел синтеза в виде раствора карбамата. Отличительной особенностью технологии стриппинга является наличие всего одной ступени дистилляции с давлением, отличным от давления синтеза.

Раствор, выходящий из стриппера с температурой 170°C, дросселируется до давления не более 0,32 МПа и поступает в колонну ректификации. При дросселировании температура раствора снижается до 95°C - 115°C. Колонна ректификации состоит из теплообменной и массообменной частей.

В ректификационной колонне газожидкостная смесь форсункой равномерно распределяется по насадке массообменной части и стекает вниз. Пройдя слой насадки, раствор поступает в теплообменник (подогреватель), где нагревается паром до температуры 130°C - 140°C (используется пар, образующийся в карбаматном конденсаторе высокого давления). В подогревателе происходит окончательное разложение карбамата на аммиак и диоксид углерода. Раствор карбамида из колонны с массовой долей карбамида не менее 67,0% проходит дополнительную стадию удаления остаточного аммиака под вакуумом 40 - 45 кПа представляющую собой вакуум-сепаратор и затем сливается в сборник раствора карбамида. Соковые пары из вакуум-сепаратора направляются в узел конденсации.

Газовая фаза из колонны ректификации, обогащенная (н/б 35%) и (н/б 50%), а также с некоторым содержанием воды, направляется на конденсацию. В конденсаторе, охлаждаемом циркулирующим конденсатом с температурой 45°C - 60°C, происходит образование раствора карбамата. Не сконденсировавшиеся в конденсаторе газы и раствор карбамата поступают в сборник раствора карбамата. Из сборника раствор с массовой долей аммиака не более 33%, диоксида углерода не более 38% и температурой 60°C - 77°C насосами высокого давления подается в скруббер высокого давления.

Газообразный аммиак, диоксид углерода и инерты из сборника раствора карбамата поступают в скруббер абгазов, где происходит поглощение и . Тепло абсорбции отводится оборотной водой в холодильнике. Газовая фаза из скруббера с незначительным содержанием аммиака направляется в концевой конденсатор, а далее - в выхлопную трубу с системой очистки и затем в атмосферу.

Выпаривание

Из сборника раствор с массовой долей карбамида не менее 67% и температурой 85°C - 98°C подается насосом в узел выпаривания. Узел упаривания раствора предназначен для получения плава карбамида из водного раствора карбамида и подачи его на гранулирование. Процесс упаривания раствора карбамида проводится в две ступени. Каждая ступень состоит из теплообменника-испарителя и сепаратора.

На первой ступени выпарки раствор карбамида упаривается до массовой доли карбамида 95% при температуре 123°C - 130°C и давлении (абсолютном) не более 50 кПа. В испарителе используется пар, получаемый в карбаматном конденсаторе высокого давления.

На второй ступени выпарки раствор упаривается до массовой доли карбамида не менее 99,7% при абсолютном давлении не более 5 кПа и температуре 136°C - 140°C. В испарителе используется пар с давлением 0,4 - 0,9 МПа.

Соковые пары из сепараторов направляются в узел конденсации. Конструктивно узел конденсации представляет собой каскад вертикальных кожухотрубных конденсаторов, охлаждаемых водой и систему паровых эжекторов. Все конденсаторы выпарки охлаждаются оборотной водой. Не сконденсировавшиеся в концевом конденсаторе пары и инерты отводятся для окончательного улавливания в скруббер, работающий под атмосферным давлением. Из скруббера газовая фаза направляется в выхлопную трубу с системой очистки и далее в атмосферу. Полученный конденсат сокового пара направляется в узел очистки сточных вод - десорбции и гидролиза.

Обращение со сточными водами

В схеме стриппинга применяется узел очистки сточных вод, состоящий из двух десорберов и гидролизера, а также системы рекуперативных теплообменников и узла конденсации газов десорбции.

Конденсат сокового пара из сборника с помощью насоса предварительно подогретый в рекуперативном теплообменнике теплом отходящей очищенной сточной воды подается в десорбер первой ступени (вертикальный тарельчатый аппарат). В десорбере I ступени при температуре 130°C - 145°C давлении 0,28 - 0,40 МПа из раствора происходит выделение паров , и воды. ПГС из десорбера с температурой 111°C - 125°C поступает на конденсацию в конденсатор, охлаждаемый циркуляционным конденсатом с температурой 45°C - 65°C. Сконденсировавшиеся , и вода поступают в сборник и в виде раствора карбамата откачиваются насосом в конденсатор узла рециркуляции. Несконденсировавшиеся газы направляются в скруббер атмосферного давления.

Аммиачная вода из десорбера I ступени насосом через рекуперативный теплообменник подается в верхнюю часть гидролизера (вертикальный тарельчатый аппарат). В аппарате с помощью подачи острого пара высокого давления поддерживаются условия для разложения карбамида - давление 1,5 - 1,8 МПа, температура не более 190°C. ПГС отводится в среднюю часть десорбера I ступени. Жидкая фаза отводится в десорбер II ступени (вертикальный тарельчатый аппарат). Отгон и здесь производится за счет нагрева раствора водяным паром давлением 0,6 - 1,0 МПа, подаваемым в межтрубное пространство выносного кипятильника.

ПГС c температурой 135°C - 145°C из верхней части десорбера II ступени отводится в нижнюю часть десорбера I ступени. Очищенная сточная вода из десорбера II с температурой 135°C - 150°C охлаждается сначала в рекуперативном теплообменнике, а затем в водяном холодильнике до температуры 40°C, откуда насосом подается за пределы агрегата.

Описание процесса приведено в таблице 8.11, основное технологическое оборудование - в таблице 8.12, природоохранное оборудование - 8.13.

Таблица 8.11 - Описание технологического процесса

N подпроцесса	Вход	Подпроцесс	Выход	Основное оборудование	Эмиссии (наименование)
1.1	Аммиак, диоксид углерода	Прием и хранение сырья	Аммиак, диоксид углерода	Скруббер-охладитель , фильтр
1.2	Аммиак	Компрессия	Аммиак	Насос
1.3	Диоксид углерода	Компрессия	Диоксид углерода	Компрессор
1.4	Аммиак, диоксид углерода, раствор карбамата	Синтез карбамида	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Реактор синтеза, скруббер высокого давления, конденсатор высокого давления	Аммиак
1.5	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Стриппинг-процесс	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Стриппер
1.6	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Дистилляция и рециркуляция	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Ректификационная колонна, конденсатор
1.7	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Выпаривание, конденсация	Плав карбамида	Испаритель, вакуум-сепаратор, конденсатор
1.8	Газы дистилляции	Абсорбция газов	Водный раствор аммиака	Абсорбер	Аммиак
1.9	Водный раствор аммиака и карбамида	Десорбция, гидролиз	Аммиак	Десорбер, гидролизер	Аммиак, карбамид

Таблица 8.12 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Насос аммиака высокого давления	Компримирование аммиака	Давление нагнетания 16 МПа
Компрессор центробежный с паровой турбиной	Компримирование диоксида углерода	Давление нагнетания 14,5 МПа
Реактор синтеза карбамида	Синтез карбамида	Давление 14 МПа Температура 190°C
Стриппер высокого давления	Разложение карбамата аммония	Давление 14 МПа Температура 170°C
Скруббер высокого давления	Конденсация и , отходящих из реактора синтеза	Давление 14 МПа Температура 170°C
Конденсатор карбамата высокого давления	Конденсация и из стриппера высокого давления	Давление 14 МПа Температура 175°C
Ректификационная колонна	Разложение карбамата аммония	Давление 0,3 МПа Температура 140°C
Конденсатор карбамата низкого давления	Конденсация и	Давление 0,3 МПа Температура 80°C
Испаритель 1-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,05 МПа (абс.) Температура 130°C
Сепаратор 1-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,05 МПа (абс.) Температура 130°C
Испаритель 2-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C
Сепаратор 2-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C

Таблица 8.13 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Абсорбер низкого давления	Очистка отходящих газов	Давление 0,7 МПа Температура 75°C
Абсорбер атмосферный концевой	Очистка отходящих газов	Давление - атмосферное Температура 45°C
Десорбер 1-й и 2-й ступени	Удаление и из сточной воды	Давление 0,35 МПа Температура 140°C
Гидролизер	Разложение карбамида в сточной воде	Давление 2,0 МПа Температура 195°C

8.1.1.1.5 Стриппинг в токе (автостриппинг)

Данный процесс реализован на следующих предприятиях:

- ОАО "ТольяттиАзот", агрегаты 1, 2;

- ОАО "НАК Азот", цех Карбамид-3, I очередь.

Производство карбамида из жидкого аммиака и газообразного диоксида углерода по технологии стриппинга в токе производится при температуре 170°C - 190°C и давлении 15,5 - 16,0 МПа (см. рисунок 8.8).

В отличие от стриппинга в токе в данной схеме вся газожидкостная смесь из реактора синтеза подается в стриппер. Таким образом в схеме отсутствует скруббер высокого давления.

Газы дистилляции направляют из стриппера в карбаматный конденсатор, где тепло от образования карбамата аммония используют для генерации пара (4 ата). Возврат карбамата из карбаматного конденсатора в реактор проводят используя эжектор, в котором движущей жидкостью является жидкий аммиак. Перепад давления на эжекторе обеспечивает энергию, необходимую для движения потока карбамата аммония. Таким образом, основной рециркулируемый поток возвращают в реактор с минимальными капитальными затратами и эксплуатационными расходами (отсутствие необходимости установки насоса высокого давления для возврата УАС). На первых установках в нижнюю часть дистиллятора в качестве стриппинг-агента подавали газообразный аммиак. Однако вследствие высокой растворимости аммиака в плаве синтеза, это приводило к увеличению нагрузки на дистилляцию низкого давления. Указанный недостаток удалось устранить за счет уменьшения (до полного исключения) подачи в стриппер и увеличения избытка в реакционной смеси на входе в реактор синтеза. Такой вариант процесса называют автостриппингом (селфстриппинг).

Подача реагентов

Диоксид углерода на входе в установку может проходить подготовку (охлаждение в скруббере) и поступает в центробежный компрессор и выходит из него под давлением около 15,5 МПа.

Жидкий аммиак из внешних сетей сжимается до давления 2,3 МПа и поступает в емкость для аммиака и помощью центробежного насоса. Часть этого аммиака направляют в промывную колонну, а остальной аммиак под давлением 24 МПа плунжерным насосом подают в качестве рабочей жидкости в эжектор, которым раствор карбамата из сепаратора ВД передают в реактор синтеза.

"Рисунок 8.8 - Схема технологического процесса (включая получение готового продукта)"

Высокое давление

В реакторе синтез карбамида происходит при температуре 190°C и давлении 15,5 МПа. Процесс синтеза проходит при относительно высоком мольном соотношении L (3,5 - 3,7). Благодаря этому обеспечивается:

- относительно высокая степень конверсии в карбамид (до 65%);

- малая коррозионная активность плава синтеза;

- низкая скорость образования биурета.

Плав синтеза из реактора подают в подогреваемый паром стриппер с падающей пленкой, где содержание в растворе значительно понижают отгонкой аммиаком, выделяющимся из плава. Раствор подогревается в стриппере до 205°C. Газы из стриппера и раствор карбамата из промывной колонны поступают в карбаматный конденсатор высокого давления, где газы конденсируют при температуре 165°C и через карбаматный сепаратор с помощью эжектора направляют в реактор. Из верхней части карбаматного сепаратора несконденсированные газы, состоящие из инертов с незначительным количеством и , направляют в нижнюю часть колонны дистилляции 2-й ступени.

Среднее давление

Раствор из стриппера дросселируют до давления 1,8 МПа и подают в верхнюю часть сепаратора дистилляции среднего давления (2-й ступени), где удаляют выделившиеся газы, а плав нагревают в пленочном подогревателе паровым конденсатом из стриппера до температуры 155°C. Газы дистилляции среднего давления из верхней части сепаратора направляют в конденсатор 2-й ступени и далее в нижнюю часть промывной колонны. Раствор карбамата среднего давления из нижней части промывной колонны при температуре 65°C - 70°C насосом возвращают в карбаматный конденсатор высокого давления. Поток инертных газов, насыщенный аммиаком с минимальным остаточным содержанием (20 - 100 ppm) передают на конденсацию в аммиачный конденсатор, из которого сконденсировавшийся жидкий аммиак попадает в сборник жидкого аммиака. Далее насосами жидкий аммиак с температурой 35°C - 40°C через эжектор вводят в реактор синтеза. Инертные газы из сборника очищают конденсатом в абсорбере среднего давления. Образовавшуюся аммиачную воду насосом направляют на орошение скруббера. Очищенные в абсорбере инертные газы выбрасываются в атмосферу.

Низкое давление

Раствор из колонны дистилляции 2-й ступени передают в узел дистилляции низкого давления (3-ей ступени), который работает под давлением 0,35 МПа. Дистиллятор низкого давления с падающей пленкой работает по аналогии с дистиллятором среднего давления. Необходимый подвод тепла (с нагревом раствора до 140°C) обеспечивается с помощью насыщенного пара с давлением 0,45 МПа. Газы дистилляции низкого давления из сепаратора направляют в конденсатор низкого давления и абсорбер низкого давления, где газы дистилляции конденсируются с образованием раствора карбамата низкого давления с температурой 40°C. Из конденсатора раствор карбамата низкого давления передают в сборник раствора карбамата низкого давления и далее насосом в конденсатор 2-й ступени дистилляции (барботер). Инертные газы из аммиачного абсорбера низкого давления после водной промывки направляют в атмосферу.

Выпаривание

После узла дистилляции 3-ей ступени 72%-ный раствор карбамида направляют на двухступенчатую выпарку. Сначала раствор поступает в подогреватель первой и сепаратор ступени выпарки (нагревается до температуры 140°C), работающие при давлении 30 кПа. Вакуум на первой ступени создают с помощью вакуумной системы с конденсаторами и паровыми эжекторами. Затем раствор карбамида направляется в подогреватель второй ступени выпарки и сепаратор. Остаточное давление 3 - 5 кПа на второй ступени выпарки также создают вакуумной системой с конденсаторами и паровыми эжекторами. Оба подогревателя выпаривания работают на насыщенном паре с давлением 0,35 МПа. Плав карбамида с концентрацией 99,8 масс. % насосом подают в башню приллирования. Если получение готового продукта производится на установке грануляции, то концентрирование раствора на второй ступени выпаривания ведется до значений 96% - 98%.

Обращение со сточными водами

Конденсат сокового пара после вакуумных систем конденсации собирают в емкость сточных вод. Из емкости насосом через рекуперативные теплообменники сточную воду с температурой 40°C - 50°C вводят в гидролизер, в котором проводят реакцию гидролиза при давлении 1,8 МПа и температуре 190°C - 195°C карбамида при косвенном нагреве насыщенным паром с давлением 2,6 МПа. Паровую фазу, полученную в гидролизере конденсируют в конденсаторе при температуре 40°C, а образовавшийся раствор карбамата используют для орошения конденсатора 3-ей ступени дистилляции. Сточную воду после гидролиза направляют в десорбер, работающий под давлением 0,15 МПа и температуре в кубе 135°C. В десорбере и отгоняют с помощью паров, полученных в выносном подогревателе, который работает на насыщенном паре с давлением 0,35 МПа. Газы десорбции с температурой 105°C - 110°C объединяются с газами из гидролизера и направляются в конденсатор. Очищенную сточную воду охлаждают до 40°C. Часть очищенной сточной воды используют в очистном устройстве башни приллирования, остальную воду направляют за пределы установки.

В оригинальной схеме применяются воздушные холодильники для охлаждения и конденсации всех технологических сред. Это вызывает ряд трудностей при эксплуатации агрегата карбамида. В летнее время температура воздуха 30°C - 35°C не позволяет эффективно охлаждать и конденсировать среды с достижением температур 40°C - 45°C. Возникают отклонения от технологического режима - повышение давления в узлах дистилляции и выпаривания. Из-за этого возможны превышения по выбросам в атмосферу. Зимой же воздушные холодильники и конденсаторы из-за температур воздуха до минус 30°Cминус 35°C могут размораживаться с растрескиванием. В итоге эти аппараты довольно быстро изнашиваются, что еще больше ухудшает их эффективность в летнее время года.

Описание процесса приведено в таблице 8.14, основное технологическое оборудование - в таблице 8.15, природоохранное оборудование - 8.16.

Таблица 8.14 - Описание технологического процесса

N подпроцесса	Вход	Подпроцесс	Выход	Основное оборудование	Эмиссии (наименование)
1.1	Аммиак, диоксид углерода	Прием и хранение сырья	Аммиак, диоксид углерода	Скруббер-охладитель , фильтр
1.2	Аммиак	Компрессия	Аммиак	Насос
1.3	Диоксид углерода	Компрессия	Диоксид углерода	Компрессор
1.4	Аммиак, диоксид углерода, раствор карбамата	Синтез карбамида	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Реактор синтеза, конденсатор высокого давления
1.5	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Стриппинг-процесс	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Стриппер
1.6	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Дистилляция и рециркуляция	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Колонны дистилляции, конденсаторы
1.7	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Выпаривание, конденсация	Плав карбамида	Испаритель, вакуум-сепаратор, конденсатор
1.8	Водный раствор аммиака и карбамида	Десорбция, гидролиз	Аммиак	Десорбер, гидролизер	Аммиак, карбамид

Таблица 8.15 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Насос аммиака высокого давления	Компремирование аммиака	Давление нагнетания 24 МПа
Компрессор центробежный с паровой турбиной	Компремирование диоксида углерода	Давление нагнетания 15,5 МПа
Реактор синтеза карбамида	Синтез карбамида	Давление 15,5 МПа Температура 190°C
Стриппер высокого давления	Разложение карбамата аммония	Давление 15 МПа Температура 205°C
Конденсатор карбамата высокого давления	Конденсация и из стриппера высокого давления	Давление 15 МПа Температура 165°C
Колонна дистилляции 2-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 1,8 МПа Температура 155°C
Конденсатор карбамата 2-й ступени (барботер)	Конденсация и	Давление 1,8 МПа Температура 90°C
Промывная колонна	Конденсация из газовой фазы	Давление 1,8 МПа Температура 70°C
Конденсатор аммиака	Конденсация	Давление 1,8 МПа Температура 25°C
Абсорбер среднего давления	Абсорбция	Давление 1,8 МПа Температура 40°C
Колонна дистилляции 3-й ступени	Разложение карбамата аммония	Давление 0,45 МПа Температура 140°C
Конденсатор 3-й ступени	Конденсация и	Давление 0,45 МПа Температура 40°C
Испаритель 1-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,03 МПа (абс.) Температура 130°C
Сепаратор 1-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,03 МПа (абс.) Температура 130°C
Испаритель 2-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,003 МПа (абс.) Температура 140°C
Сепаратор 2-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,003 МПа (абс.) Температура 140°C

Таблица 8.16 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Абсорбер среднего давления	Очистка отходящих газов	Давление 1,8 МПа Температура 40°C
Абсорбер низкого давления	Очистка отходящих газов	Давление 0,45 МПа Температура 40°C
Десорбер	Удаление и из сточной воды	Давление 0,3 МПа Температура 135°C
Гидролизер	Разложение карбамида в сточной воде	Давление 1,8 МПа Температура 190°C

8.1.1.1.6 Tecnimont

Технология реализована на следующих предприятиях:

- Филиал "Азот" ОАО "ОХК "Уралхим" (г. Березники);

- Кемеровское ОАО "Азот".

Схема Tecnimont работает с полным жидкостным рециклом. Синтез проводится под давлением 20 - 22 МПа с высоким мольным соотношением . Дистилляция осуществляется в три ступени - под давлениями 7, 1,2 и 0,3 МПа. При этом образовавшийся в узлах конденсации карбамат возвращается в реактор синтеза в виде раствора с помощью карбаматного насоса ВД (см. рисунок 8.9).

Подача реагентов

Диоксид углерода с давлением 1 - 4 кПа и температурой н/б 45 С через влагоотделитель центробежным компрессором с паровым приводом сжимают до давления 20 - 22 МПа и подают в реактор синтеза. На всасе компрессора в диоксид углерода дозируется воздух (объемная доля кислорода на всасе II ступени компрессора 0,4% - 0,5%). Аммиак из изотермического хранилища с давлением 1,2 - 1,8 МПа и температурой (-28)(-33)°C подогревают до температуры 100°C - 110°C и насосом с давлением 20 - 22 МПа подаются в реактор синтеза. Также в реактор с помощью насоса вводится водный раствор карбамата аммония.

Высокое давление

В реакторе при давлении 20 - 22 МПа и температуре 190°C - 195°C происходит образование карбамата аммония, а затем и карбамида.

Несмотря на то, что давление в реакторе синтеза в данной схеме высокое, степень конверсии в агрегатах, работающих на территории России, находится на довольно низком уровне 54% - 55% (вместо 60% - 62% по проекту). Это объясняется тем, что хотя в проекте заложено мольное соотношение в реакторе L = 3,5 - 3,7, фактически обеспечивается работа узла синтеза при соотношении не более L = 3,0 - 3,2. Повышение значения L приводит к "зааммиачиванию" схемы (возрастает давление в узлах дистилляции). Однако стоит отметить, что удельная производительность реактора является здесь наилучшим показателем среди известных технологий и составляет 900 - 930 кг/() при объеме реактора 76  для производительности 1500 т/сут по готовому продукту.

"Рисунок 8.9 - Схема технологического процесса (включая получение готового продукта)"

Среднее давление (1-я ступень дистилляции)

Полученный в реакторе плав карбамида дросселируют до давления 7 МПа, нагревают в подогревателе (вертикальный кожухотрубчатый аппарат) до 185°C - 190°C паром с давлением 2 МПа и отделяют непрореагировавшее сырье в сепараторе.

Газы дистилляции первой ступени из сепаратора направляют в конденсаторы, где они конденсируются с образованием водного раствора карбамата аммония. Туда же подают водный раствор карбамата со второй ступени дистилляции. Почти все газы конденсируются под давлением 7 МПа и при температуре 137°C - 145°C. Тепло конденсации в первом по ходу конденсаторе утилизируется в виде водяного пара с давлением 0,2 МПа. Второй конденсатор охлаждается циркулирующим конденсатом. Образовавшийся раствор карбамата аммония насосом направляют в реактор синтеза.

Проведение 1-й дистилляции под давлением 7 МПа несколько уменьшает, количество воды, возвращаемой в узел синтеза, по сравнению с технологией полного жидкостного рецикла. Однако наличие трех ступеней дистилляции вместо двух снижает энергетическую эффективность от такого уменьшения.

Оставшиеся газы проходят холодильник-абсорбер, далее дросселируются до давления 0,6 МПа и направляются в абсорбер низкого давления.

Среднее давление (2-я ступень дистилляции)

Далее раствор карбамида поступает на вторую ступень, которая работает под давлением 1,0 - 1,2 МПа. В подогревателе поток нагревают до 150°C - 155°C паром с давлением 0,6 МПа и отделяют газы в сепараторе. Газы дистилляции второй ступени из сепаратора поступают в конденсатор, где они конденсируются с образованием водного раствора карбамата с температурой 60°C, который насосом направляют в абсорбер-холодильник и далее в конденсатор первой ступени дистилляции. Несконденсированные газы абсорбируются в абсорбере над конденсатором и возвращаются в конденсатор.

Низкое давление

Третья ступень дистилляции (подогреватель и сепаратор) работает под давлением 0,15 -0,25 МПа. В подогревателе поток нагревают до 130°C - 135°C паром с давлением 0,2 МПа и отделяют газы в сепараторе. Газы дистилляции третьей ступени из сепаратора поступают в конденсатор, где они конденсируются с образованием водного раствора карбамата с температурой 45°C, который насосом направляют в абсорбер и далее в конденсатор второй ступени дистилляции.

Раствор, содержащий 71% карбамида передают в узел двухступенчатой выпарки.

Выпаривание

Первая ступень выпарки работает под остаточным давлением 35 кПа и температуре 125°C - 130°C. Вторая ступень - под давлением 3,5 - 4 кПа. Плав карбамида подают насосом в испаритель, где его нагревают до 136°C - 140°C и передают в сепаратор, где происходит отделение соковых паров. Из кубовой части сепаратора 99,8%-ный плав подается на башню приллирования. Газы из сепараторов выпаривания конденсируют в вакуумной конденсационной системе, состоящей из паровых эжекторов и воздушных холодильников. Образовавшийся конденсат сокового пара с температурой 45°C - 50°C направляется в сборник и далее в узел очистки сточных вод.

Обращение со сточными водами

В оригинальной схеме Tecnimont применяется узел очистки сточных вод, состоящий из десорбера и абсорбера. Гидролиз не проводится. Очистку сточных вод от карбамида проводят отмывкой соковых паров.

Конденсат сокового пара с содержанием 5% - 10% с помощью насоса подается в десорбер. Предварительно он проходит через рекуперативный подогреватель и нагревается до температуры 90°C - 95°C. Кубовая часть десорбера снабжена выносным кожухотрубчатым кипятильником. Процесс десорбции аммиака и диоксида углерода в колонне дистилляции производится при температуре в кубовой части 120°C - 130°C, верха 100°C - 110°C и давлении 0,08 - 0,12 МПа.

Газовая фаза, содержащая пары воды, аммиака, диоксид углерода, из верхней части колонны дистилляции поступает конденсатор, где большая часть ее конденсируется. Температура парожидкостной смеси после конденсатора 55°C - 60°C поддерживается подачей охлаждающей воды в межтрубное пространство. Парожидкостная смесь из конденсатора поступает в нижнюю часть абсорбера аммиака. В абсорбере полностью поглощаются аммиак, диоксида углерода, а инертные газы накапливаются в верхней части абсорбера и периодически сдуваются в атмосферу через дистанционно управляемый клапан. Орошение абсорбера производится циркуляционным раствором, охлаждаемым в воздушном холодильнике до температуры 40°C - 45°C.

Абсорбция

Газы от холодильника-абсорбера под давлением 7 МПа после дросселирования направляются в абсорбер низкого давления. Абсорбер работает под давлением 0,6 МПа. Орошение производится слабым раствором карбамида. Оставшиеся газы (инерты и небольшое количество ) дросселируются до атмосферного давления и с температурой 40 С# поступают в узел кислотного улавливания.

Скруббер кислотного улавливания орошается раствором нитрата или сульфата аммония в смеси с азотной или серной кислотой. В этом узле инерты практически полностью очищаются от аммиака (до 20 ). Недостатком применения узла с использованием серной кислоты является высокая коррозионная активность среды, что приводит к быстрому износу оборудования. Образующийся сульфат аммония добавляют в плав карбамида как улучшающую свойства готового продукта.

В схеме Tecnimont для охлаждения и конденсации также применяются аппараты воздушного охлаждения со всеми вытекающими негативными эффектами (см. п. 8.1.1.1.4).

Описание процесса приведено в таблице 8.17, основное технологическое оборудование - в таблице 8.18, природоохранное оборудование - 8.19.

Таблица 8.17 - Описание технологического процесса

N подпроцесса	Вход	Подпроцесс	Выход	Основное оборудование	Эмиссии (наименование)
1.1	Аммиак, диоксид углерода	Прием и хранение сырья	Аммиак, диоксид углерода	Скруббер-охладитель , фильтр
1.2	Аммиак	Компрессия	Аммиак	Насос
1.3	Диоксид углерода	Компрессия	Диоксид углерода	Компрессор
1.4	Аммиак, диоксид углерода, раствор карбамата	Синтез карбамида	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Реактор синтеза
1.6	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Дистилляция и рециркуляция	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Подогреватели, сепараторы, конденсаторы
1.7	Раствор карбамида, карбамата аммония, аммиак, вода	Выпаривание, конденсация	Плав карбамида	Испаритель, вакуум-сепаратор, конденсатор
1.8	Водный раствор аммиака и карбамида	Десорбция	Аммиак	Десорбер	Аммиак, карбамид
1.9	Газообразный аммиак, инерты	Абсорбция	Газообразный аммиак, инерты	Абсорбер	Аммиак

Таблица 8.18 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Насос аммиака высокого давления	Компремирование аммиака	Давление нагнетания 20 МПа
Компрессор центробежный с паровой турбиной	Компремирование диоксида углерода	Давление нагнетания 20 МПа
Реактор синтеза карбамида	Синтез карбамида	Давление 20 МПа Температура 195°C
Насос раствора карбамата	Подача раствора карбамата в узел синтеза	Давление 20 МПа Температура 110°C
Подогреватель 1-й ступени дистилляции	Разложение карбамата аммония	Давление 7 МПа Температура 200°C
Сепаратор 1-й ступени дистилляции	Разделение жидкой и газовой фаз	Давление 7 МПа Температура 185°C
1-ый конденсатор 1-й ступени дистилляции	Конденсация и	Давление 7 МПа Температура 150°C
2-й конденсатор 1-й ступни дистилляции	Конденсация и	Давление 7 МПа Температура 110°C
Подогреватель 2-й ступени дистилляции	Разложение карбамата аммония	Давление 1,2 МПа Температура 155°C
Сепаратор 1-й ступени дистилляции	Разделение жидкой и газовой фаз	Давление 1,2 МПа Температура 150°C
Конденсатор 2-й ступени дистилляции	Конденсация и	Давление 1,2 МПа Температура 60°C
Подогреватель 3-й ступени дистилляции	Разложение карбамата аммония	Давление 0,3 МПа Температура 130°C
Сепаратор 3-й ступени дистилляции	Разделение жидкой и газовой фаз	Давление 0,3 МПа Температура 125°C
Конденсатор 3-й ступени дистилляции	Конденсация и	Давление 0,3 МПа Температура 45°C
Испаритель 1-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,05 МПа (абс.) Температура 130°C
Сепаратор 1-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,05 МПа (абс.) Температура 130°C
Испаритель 2-й ступени выпарки	Упаривание раствора карбамида	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C
Сепаратор 2-й ступени выпарки	Разделение газовой и жидкой фазы, предотвращение брызгоуноса	Давление 0,005 МПа (абс.) Температура 140°C

Таблица 8.19 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Абсорбер низкого давления	Очистка отходящих газов	Давление - 0,6 МПа Температура 55°C
Абсорбер под атмосферным давлением (узла дистилляции)	Очистка отходящих газов	Давление - атмосферное Температура 45°C
Десорбер	Удаление и из сточной воды	Давление 0,12 МПа Температура 125°C
Абсорбер под атмосферным давлением (узла десорбции)	Очистка отходящих газов	Давление - атмосферное Температура 45°C
Скруббер кислотного улавливания (серная или азотная кислота)	Очистка отходящих газов	Давление - атмосферное Температура 45°C

8.1.1.2 Пошаговое описание применяемого технологического процесса получения твердых форм продукта из концентрированного или высококонцентрированного раствора (плава) карбамида

Для получения твердой формы готового продукта, т.е. продукта в виде зерен определенных размеров, формы и прочности, в промышленности применяют:

- приллирование, когда гранулы формируются из капли безводного расплава, а процесс кристаллизации происходит в гравитационном режиме в потоке восходящего газа;

- грануляцию в КС путем распыливания раствора или плава карбамида на поверхность "затравочных" частиц и увеличения их размера за счет многократного наслаивания пленок, формируемых из осаждающихся на частицах капель;

- совмещение процессов окатывания и кристаллизации на поверхности частиц. Гранулирование в скоростном барабанном грануляторе (СБГ).

8.1.1.2.1 Полный жидкостный рецикл (АК-70), URECON2006

Процесс приллирования осуществляли изначально в "старых" башнях, выполненных из железобетона с высотой полета частиц 32 м и диаметром 16 м (см. рисунок 8.10).

"Рисунок 8.10 - Конструкция традиционной башни приллирования с плоским днищем"

Верхняя часть башни закрыта железобетонным перекрытием, в центре которого установлен диспергатор (приллер) плава и вытяжные вентиляторы (иногда циклоны для очистки воздуха от пыли). В нижней части башни по окружности расположен ряд окон, через которые в башню поступает атмосферный воздух. Днище имеет плоскую форму. Установленное внизу скребковое устройство движется по окружности и собирает упавшие на подину гранулы, которые через специальную щель выгружаются из башни. Производительность башни: 550 - 600 т/сут.

Малая высота полета гранул и низкая плотность орошения снижают эффективность теплообмена и исключают возможность получения карбамида высокого качества. Полученный в таких башнях товарный карбамид обладает низким качеством: мелкий, неоднородный продукт (содержание фракции менее 1 мм до 3%), с низкой прочностью (до 0,5 кгс/гранулу) и высокой температурой 80°C - 100°C (по ГОСТ 2081-2010 не выше 50°C). Поэтому в жаркий период года для обеспечения требуемой температуры продукт перед отгрузкой вылеживается на складе. Потери продукта с отходящим воздухом - до 2,5 кг/т.

В дальнейшем технология приллирования на старых башнях была усовершенствована с использованием инновационных методов реконструкции:

- установка нового приллера вибрационного типа;

- монтаж узла охлаждения прилл в КС (аппарат КС);

- монтаж "мокрых" пылеуловителей (см. рисунок 8.11).

"Рисунок 8.11 - Принципиальная схема узла приллирования после реализации мероприятий по модернизации башен"

Конструкция виброприллера позволяет обеспечить равномерное распределение капель расплава по поперечному сечению башни, в результате чего достигается максимально возможное использование объема башни для контакта прилл и охлаждающего воздуха, уменьшается пылеобразование.

К основным техническим преимуществам аппарата охлаждения прилл в КС можно отнести: развитую поверхность контакта твердого продукта и охлаждающего агента (воздуха), что позволяет обеспечить температуру продукта на выходе из аппарата не более 45°C - 50°C при температуре атмосферного воздуха до 35°C - 40°C, увеличить размер прилл и их прочность.

Применение пылеуловителей "мокрого" типа позволяет сохранить на прежнем уровне валовый выброс пыли карбамида за счет эффективной очистки запыленного воздуха от аппарата КС и уменьшения пылеобразования в стволе башни.

В результате реализации мероприятий на двух старых башнях в цехе N 24 ОАО "Газпром Нефтехим Салават" температура продукта снизилась в 2 раза: с 90°C - 100°C до 45°C - 50°C, прочность прилл увеличилась на 0,2 кгс/гранулу, содержание фракции менее 1 мм уменьшилось в 2-3 раза с 3% - 6% до 1% - 3%, количество фракции 2 - 3 мм увеличилось в 3 - 4 раза с 20% - 30% до 80% - 95%.

Большинство действующих производств карбамида оснащены современными башнями приллирования конструкции (см. рисунок 8.12). Башня представляет собой инженерно-техническое сооружение с высотой полета частиц от 70 до 85 м и диаметром ствола башни 11 - 16 м в зависимости от производительности по готовому продукту.

"Рисунок 8.12 - Современная башня приллирования с очисткой инжекционного типа"

Для обеспечения равномерного распределения воздуха по сечению ствола башни и предотвращения деформации незатвердевших частиц и раскалывания затвердевших, в нижней части башни, практически по всему поперечному сечению, устанавливается встроенный аппарат охлаждения гранул в "кипящем" слое с подводящими воздуховодами и дутьевыми вентиляторами для подачи воздуха в аппарат охлаждения гранул. Благодаря увеличению линейной скорости воздуха удается повысить плотность орошения ствола башни. Кроме того, эффект торможения встречным потоком воздуха сказывается на времени их падения.

Выше аппарата охлаждения гранул по периметру ствола башни предусматриваются окна для подсоса дополнительного количества атмосферного воздуха, а также, в случае необходимости, монтируется направляющий конус. С внешней стороны ствола башни, в районе размещения окон для подсоса атмосферного воздуха, монтируется ветроотбойный щит с целью предотвращения нарушений аэродинамики движения потоков воздуха и исключения попадания атмосферных осадков внутрь башни.

Средняя часть башни состоит из ствола башни. В верхней части башни имеется перекрытие, в центре которого расположен центробежный разбрызгиватель современной конструкции с наложением колебаний на струю, позволяющий получать продукт монодисперсного состава с основным размером гранул 2,5 - 3,0 мм. Ниже разбрызгивателя располагаются окна ввода отработанного воздуха в очистное устройство. В качестве очистного устройства используется система очистки инжекционного типа. Использование инжектора в качестве основного аппарата для транспортировки и промывки воздуха определяет всю компоновку верхней части башни. Очистка воздуха осуществляется в двух последовательно расположенных зонах. В первой зоне - отработанный воздух промывается поглотительным раствором (раствором карбамида) в инжекционных элементах (модулях). Под инжекторами расположена ванна для сбора поглотительного раствора и обеспечения работы циркуляционных насосов, подающих поглотительный раствор на рабочие форсунки инжекторов. После первой зоны промывки воздух отделяется от капель поглотительного раствора в сепарационной камере и далее поступает во вторую зону очистки. Во второй зоне очистки воздух проходит через два слоя расположенных по ходу его движения сеточных брызгоуловителей (демистеров). Предусматривается автоматическая промывка демистеров очищенной сточной водой или паровым конденсатом. Очищенный и охлажденный воздух за счет тяги инжектора через выхлопные трубы выходит в атмосферу. Поглотительный раствор из обеих зон промывки сливается в ванну очистного устройства и оттуда отправляется на переработку на агрегат карбамида.

Ствол башни приллирования может быть выполнен из железобетона (см. рисунок 8.13) или металлоконструкций (см. рисунок 8.14).

"Рисунок 8.13 - Башня приллирования с железобетонным стволом"

"Рисунок 8.14 - Башня приллирования с металлическим стволом"

Такие башни приллирования были построены для ОАО "Куйбышевазот", ОАО "Акрон", ОАО "НАК "Азот", цех N 2.

8.1.1.2.2 Стриппинг - процесс в токе

Производство карбамида в цехе N 2 А ОАО "Невинномысский азот" оснащено узлом кристаллизации на выходе из которого кристаллы плавят и проводят приллирование в башне.

Башня приллирования имеет железобетонный ствол диаметром 17 м и высоту полета частиц карбамида ~83 - 84 м. По первоначальному проекту была оснащена скребковым устройством, располагаемым в нижней части башни, для выгрузки готового продукта. Как показал опыт эксплуатации, такая конструкция башни (несмотря на увеличенную высоту полета) при температуре воздуха 17°C при 100%-ной нагрузке, не позволяет получать продукт с содержанием основной фракции 2 - 3 мм не менее 80% и температурой гранул не более 50°C - температура продукта при отгрузке насыпью (показатель регламентированный ГОСТ 2081-92). В летний период года, когда температура воздуха превышает 17°C, температура продукта на выходе из башни достигает ~90°C и выше. При такой температуре, кристаллизация гранул еще не завершена, и падение таких частиц на подину башни приводит к их деформации, разрушению или слипанию в конгломераты. Выгрузка готового продукта в подобных условиях приводит не только к его слеживанию, но и к изменению гранулометрического состава (увеличение доли мелкой фракции) и снижению прочности гранул.

Была проведена реконструкция нижней части башни (см. рисунок 8.15), в процессе которой осуществлен демонтаж механизма выгрузки, монтаж аппарата охлаждения гранул в КС и направляющего конуса, установлен дренажный сборник и два вентилятора для подачи атмосферного воздуха в аппарат КС.

После проведения реконструкции, которая была выполнена в период планового капитального ремонта, температура готового продукта в летний период не превышает 50°C при грансоставе: менее 1 мм - 1%; 1 - 4 мм - 99%; 2 - 4 мм - 92%; более 6 мм - отс; прочность при этом составляет 0,93 кгс/гранулу.

Взамен ротационно-дисковых абсорберов (РДА) фирмы "Хемопроект" установлены вихревые абсорберы, обеспечивающие остаточное содержание пыли карбамида 40 - 50 .

"Рисунок 8.15 - Эскиз реконструированной нижней части башни приллирования в цехе N 2А"

На двух агрегатах карбамида со стриппинг-процессом в токе , работающих в Череповце, построены и эксплуатируются современные башни приллирования (см. рисунок 8.12). Башня ЦПМ N 1 отличается от башни ЦПМ N 2 отсутствием вытяжных вентиляторов после очистного устройства.

8.1.1.2.3 Стриппинг-процесс в токе аммиака (автостриппинг или термический стриппинг)

Цеха карбамида по данной технологии (цех N 3 ОАО "НАК Азот", цех N 08, 09 ЗАО Корпорация "ТольяттиАзот") построены по контрактам комплектной поставки с фирмой "Snamprogetti". Башни приллирования конструкции Snamprogetti имеют железобетонный ствол диаметром 22 м и высоту полета частиц ~50 м. В верхней части башня оснащена центробежным диспергатором для разбрызгивания расплава карбамида, а в нижней части - четырьмя транспортерами для выгрузки продукта. Имеется устройство для очистки воздуха, которое располагается внутри ствола башни (см. рисунок 8.16).

Загрязненный воздух из башни приллирования поступает в кольцевой канал А между стенкой башни и помещением для обслуживания диспергаторов. В верхней части кольцевого канала на внутренней его стенке по всему периметру расположены окна, имеющие двери. Данные окна предназначены для выведения запыленного воздуха из башни непосредственно в атмосферу, минуя очистное устройство. С другой стороны в верхней части кольцевого канала А по всему периметру расположена щель для прохода запыленного воздуха из ствола башни в очистное устройство. Очистное устройство образовано наружной кольцевой стенкой канала А, стенкой башни и дном ванны D очистного устройства. Очистное устройство разделено на две части вертикальной металлической перегородкой, не доходящей до дна ванны D. Перегородка образует внутри очистного устройства каналы В и С. По центру канала В расположены форсунки, создающие струи жидкости, за счет энергии которых обеспечивается движение воздуха через очистное устройство и его промывка. Очищенный и насыщенный влагой воздух проходит между вертикальной перегородкой и ванной и поднимается по кольцевому каналу С, в котором происходит отделение большей части капель жидкости.

"Рисунок 8.16 - Схема и конструкция очистного устройства воздуха, выходящего из башни приллирования фирмы Snamprogetti"

В верхней части канала С расположены брызгоуловители для тонкой сепарации капель. Брызгоуловители промывают очищенной сточной водой. Циркуляция поглотительного раствора, подаваемого на форсунки, обеспечивается сбором раствора в кольцевом резервуаре ванны очистного устройства и его подачей центробежными насосами. Уловленный карбамид в виде раствора возвращают в технологическую схему.

По ряду причин, связанных с неэффективной конструкцией очистные устройства на таких башнях в настоящее время не эксплуатируются.

Выбросы воздуха имеют неорганизованный характер. Точки отбора запыленного воздуха на выходе из башни не оборудованы. По данным обследований эмиссия в атмосферу пыли карбамида с воздухом, отходящим из данных башен, составляет порядка 2 кг карбамида на 1 т готовой продукции.

Отключение инжекционных элементов, низкая скорость и отсутствие упорядоченного потока воздуха в башне обуславливают низкую эффективность теплообмена между падающими каплями плава и охлаждающим воздухом. Это приводит к завышению температуры гранул карбамида (в жаркий период года - до 100°C).

8.1.1.2.4 Технология Tecnimont

Цеха карбамида по данной технологии были построены по контракту комплектной поставки с фирмой Tecnimont в Березниках (ныне филиал "Азот" ОАО "ОХК" Уралхим") и в Кемерово (Кемеровское ОАО "Азот").

Башня приллирования - железобетонная, прямоугольного сечения (2215 м) и высотой полета прилл ~53 м (см. рисунок 8.17).

"Рисунок 8.17 - Конструкция башни приллирования фирмы Tecnimont"

Поскольку часть оборудования узла выпарки установлена на верху башни и там же смонтирована система очистки воздуха, выходящего из башни, то общая высота башни составляет ~96 м. Система очистки состоит из ванны, тарелки "KOCH" с клапанами, промывочных форсунок, брызгоотбойника, циркуляционных насосов и вытяжных вентиляторов. Предусмотрены два варианта работы башни: с включенной очисткой воздуха и с подачей запыленного воздуха, минуя систему очистки через два ряда "байпасных" ворот в атмосферу.

В ряде случаев система очистки воздуха из башни не эксплуатируется. Атмосферный воздух через окна, расположенные внизу башни за счет естественной тяги поступает в башню, далее, минуя очистное устройство и вытяжные вентиляторы, выбрасывается в атмосферу. Запыленный воздух из каналов от отм. +76,0 м промывается конденсатом от циркуляционных насосов, установленных на отм. +64,0 м и далее, пройдя тарелку "КОХА", также орошаемую конденсатом, направляется на всас вытяжных вентиляторов. Раствор карбамида собирается в ваннах и, по мере закрепления, направляется на доупарку.

Горячие гранулы после башни приллирования транспортерами подают на грохот, в котором отделяют мелкую (менее 1 мм) и крупную (более 4 мм) фракции. После классификации продукт обрабатывают раствором форммочевины - 80, охлаждают с 60°C - 75°C до 30°C - 35°C в выносном холодильнике с псевдоожиженным слоем и передают на склад.

Из-за низкой высоты полета гранул в башне приллирования температура продукта в месте падения составляет 80°C - 100°C. При движении продукта по тракту транспортировки до выносного аппарата охлаждения гранул в псевдоожиженном слое наблюдается явление разрушения гранул. Одна из действующих башен при проведении реконструкции была дооборудована встроенным аппаратом охлаждения гранул. Температура гранул на выходе из встроенного аппарата охлаждения не превышает 45°C, содержание фракции менее 1 мм уменьшилось, а крупной фракции - увеличилось. Статическая прочность гранул возросла с 0,57 - 0,66 кгс/гран до 0,76 кгс/гран.

На одной из действующих башен была проведена реконструкция очистной системы с ее заменой на очистку инжекционного типа, обеспечивающую работу башни без вытяжных вентиляторов.

8.1.1.2.5 Усовершенствованный процесс "С" полного жидкостного рецикла фирмы TEC

Процесс реализован в г. Пермь на Пермском ОАО "Минеральные удобрения". Полученные на предыдущих стадиях кристаллы карбамида сушат и с помощью пневмотранспорта подают на верх башни приллирования, где кристаллы плавят и полученный расплав диспергируют в башне. Внутренний диаметр башни 17,5 м, высота башни ~90 м. Работа узла приллирования осуществляется по схеме, представленной на рисунке 8.18.

"Рисунок 8.18 - Схема узла приллирования фирмы ТЕС"

Воздушный поток с кристаллами карбамида по стволу системы пневмотранспорта поступает в циклоны, в которых происходит отделение кристаллов от воздуха. С помощью шнековых питателей кристаллы подаются в плавильник, где они расплавляются при температуре 135°C - 142°C. Плав карбамида, пройдя очистку от механических примесей в фильтре стекает в напорный бак, из которого равномерно распределяется на диспергаторы, с помощью которых разбрызгивается в объем башни приллирования.

В нижней части башни смонтирован аппарат охлаждения гранул в КС, на рабочей решетке которого гранулы в КС охлаждаются до температуры не более 50°C. Атмосферный воздух с помощью дутьевого вентилятора подают в аппарат КС. При необходимости воздух подогревают в теплообменнике паровым конденсатом или теплофикационной водой. Пройдя аппарат КС, воздух попадает в ствол башни и поднимается вверх, охлаждая поток падающих частиц, после чего поступает в очистное устройство. Воздух в очистном устройстве проходит через два яруса пенополиуретановых (ППУ) фильтров и с помощью вентиляторов выбрасывается в атмосферу. ППУ фильтры орошают технологическим конденсатом. Воздушный поток из циклонов, содержащий пыль карбамида, направляют в "мокрые" циклоны, в которых происходит поглощение пыли раствором карбамида из ванны ОУ, подаваемым циркуляционными насосами. Раствор карбамида из циклонов стекает в ванну ОУ. Полученный раствор из ванны ОУ отводят в технологическую схему на переработку.

8.1.1.2.6 Установки грануляции в кипящем слое

Если в процессе приллирования сразу на выходе диспергатора из расплава формируются сферические капли, которые, застывая в свободном падении, превращаются в гранулы, размер которых определен диаметром отверстий истечения, то при грануляции при движении частиц в КС происходит постепенное увеличение их размера за счет многократного наслаивания пленок, формируемых из осаждающихся на частицах капель раствора. В отличии от процесса приллирования, который осуществляется только из высококонцентрированного плава, процесс грануляции в КС проводят из 96% - 98% раствора карбамида.

Разновидностью процесса грануляции в КС является грануляция с фонтанирующим слоем, в которой КС формируется вокруг фонтанирующего слоя (см. рисунок 8.19). Такая установка мощностью 1400 т/сут работает в цехе N 24 производства карбамида ОАО "Газпром нефтехим Салават". Установка работает на 96% растворе карбамида (см. рисунок 8.20). Для получения меньшего размера капель, что позволяет иметь большую площадь поверхности, контактирующую с фонтанирующим горячим воздухом и более тонкую пленку на поверхности частиц затравки, применяют многоканальные распылители. Раствор карбамида через многоканальные распылители подают в гранулятор, где в фонтанирующих слоях капельки раствора оседают и затвердевают на затравочных частицах. Увеличенные гранулы охлаждаются псевдоожижающим воздухом во внутренних КС гранулятора. Поскольку рост размера частиц в грануляторе происходит за счет многократного наслаивания пленок, формируемых из капель раствора, осаждающихся на частицах, то гранулы получаются неодинакового размера и неправильной формы. Поэтому полученные гранулы классифицируют. Товарная фракция идет на дополнительное охлаждение атмосферным воздухом в аппарате КС. Мелкая фракция возвращается в гранулятор в качестве затравок. Крупную фракцию измельчают в дробилке и направляют в гранулятор вместе с мелкой фракцией.

Запыленный воздух из гранулятора промывают в пылеулавливающем скруббере мокрого типа. Полученный водный раствор карбамида направляют на рекуперацию на установку карбамида.

Потребление установкой материалов и энергоресурсов показано в таблице 8.20.

"Рисунок 8.19 - Гранулятор с фонтанирующим КС фирмы ТЕС"

"Рисунок 8.20 - Принципиальная технологическая схема процесса грануляции ТЕС"

Таблица 8.20 - Энергопотребление и потребление материалов процесса грануляции в КС ТЕС

N п/п	Наименование показателя	Единица измерения	Удельный расходный коэффициент
1	Электроэнергия	кВтч/т	18 - 25
2	Пар, Р = 5 , насыщ	Т/т	0,03
3	Охлаждающая вода	-	-
4	Дополнительная вода для пылеуловителя	т/т	0,2
5	Формальдегид	кг/т	4,5
6	45%-ный раствор карбамида для утилизации в технологической схеме	т к-да/т	0,03

Показатели качества готового продукта - гранулированного карбамида приведены в таблице 8.21.

Таблица 8.21 - Показатели качества гранулированного карбамида, получаемого на установке с фонтанирующим слоем фирмы ТЕС

N п/п	Наименование показателя	Единица измерения	Типичные численные показатели
1	Содержание общего азота	% масс	46,1
2	Содержание биурета	% масс	0,7
3	Содержание воды	% масс	0,2
4	Содержание формальдегида	% масс	0,45
5	Размер гранул 2 - 4 мм	% масс	95
6	Прочность гранулы (на гранулу 3 мм)	Кгс/гран	3,5

Принципиальная схема установки гранулирования карбамида по технологии Stamicarbon показана на рисунке 8.21.

"Рисунок 8.21 - Схема гранулирования карбамида по технологии Stamicarbon"

Раствор карбамида с концентрацией 98,5 масс. % вводят в гранулятор. В качестве антислеживателя в трубопровод всаса насосов плава подается карбамидоформальдегидная смола или карбамидоформальдегидный концентрат.

Состав карбамидоформальдегидной смолы или карбамидоформальдегидного концентрата (далее - КФС/КФК) до добавления в поток плава карбамида:

- карбамид 20,0% общ. веса;

- 26,0% общ. веса;

- формальдегид 54,0% общ. веса.

Линия подачи плава от насосов до гранулятора оборудована паровой рубашкой для предотвращения кристаллизации карбамида.

Давление пара в рубашку регулируется клапаном (0,18 - 0,23 МПа) для поддержания температуры пара близкой к температуре плава, с целью уменьшения образования биурета.

Для предотвращения забивки форсунок гранулятора, на линии подачи плава, установлены фильтры плава карбамида подключенные параллельно.

Плав карбамида с нагнетания насосов, после фильтров, подается в гранулятор, а при работе на циркуляции в емкость плава карбамида.

Кроме плава к нагнетательным головкам подается воздух от нагнетателя воздуха распыления, подогретый в нагревателе воздуха распыления до температуры (135 - 144)°C. Воздух необходим для распыления плава через форсунки в псевдоожиженном слое гранулятора. Высокая температура воздуха требуется для предотвращения кристаллизации карбамида в распылительных форсунках и нагнетательных головках.

Для работы в зимних условиях на всасе нагнетателя воздуха распыления установлен дополнительный подогреватель воздуха.

Воздух для создания "псевдоожиженного" слоя в грануляторе подается вентилятором гранулятора. На всасе вентилятора установлен дополнительный подогреватель воздуха, который предназначен для поддержания температуры подаваемого воздуха не менее минус 10°C.

Воздух, выходящий из верхней части гранулятора с температурой (90 - 110)°C, попадает в скруббер гранулятора. В линию воздуховода после гранулятора через форсунку периодически подается сточная вода для его промывки.

Полученный продукт грануляции с температурой (80 - 105)°C, проходит через решетку, где происходит удаление крупных частиц размером более 10 мм. Крупные частицы и комки подаются по течкам в емкость для растворения карбамида. Просеянный продукт после решетки спекшихся гранул, поступает в холодильник гранулята и далее направляется на классификацию, после которой целевая фракция направляется на склад готовой продукции.

Рециркулирующий поток (ретур) твердых материалов, содержащий мелкую фракцию и дробленые частицы, подается через два входных отверстия в гранулятор. В секции грануляции на ретур напыляется расплав карбамида. По мере того как гранулы движутся через секции грануляции, их размер постоянно увеличивается путем добавления слоев, достигая необходимый размер. После грануляции продукт попадает в камеру охлаждения, где происходит затвердевание и удаление пыли с гранул перед последующей обработкой.

Потребление материалов и энергетических средств процесса показаны в таблице 8.22.

Таблица 8.22 - Потребление материалов и энергетических средств процесса гранулирования Stamicarbon

N п/п	Наименование показателя	Единица измерения	Удельный расходный коэффициент
1	Электроэнергия	кВтч/т	38
2	Пар низкого давления Р = 4 бар Р = 12 бар	кг/т кг/т	11 21
3	Технологическая вода	т/т	0,15
4	Охлаждающая вода	-	Отсутствует
5	Исходный раствор карбамида	масс. %	98,5
6	Возврат пыли	кг/т	69

При грануляции в КС создаются условия для образования пыли: из высыхающих мелких капель раствора, уносимых воздухом из зоны формирования гранул; в процессе истирания гранул при классификации полученных гранул, при размалывании крупной фракции, а также при транспортировке ретура в гранулятор. Значительная часть пыли осаждается на внутренней поверхности технологического оборудования и внутренней поверхности газоходов. Все это приводит к необходимости проведения периодической чистки оборудования и промывки газоходов, что требует остановки узла грануляции.

После промывок в технологическую схему поступают дополнительные количества слабых растворов карбамида, переработка которых создает дополнительную нагрузку на узлы выпаривания.

Одним из недостатков грануляции в КС является обязательная подача в раствор карбамида формальдегид-содержащей добавки, которая в своем составе имеет канцерогенное вещество - формальдегид. Кроме того, малые скорости движения раствора карбамида по большому количеству трубопроводов приводят к увеличению времени пребывания при температуре ~140°С и дополнительному образованию биурета, реакция образования которого идет с выделением аммиака. Условия в грануляторе также способствуют дополнительной десорбции аммиака из раствора карбамида. Удельные выбросы с этих установок превышают удельные выбросы из узла приллирования.

8.1.1.2.7 Гранулирование в скоростном барабанном грануляторе (СБГ)

Метод гранулирования с кристаллизацией на поверхности частиц можно осуществлять не только в псевдоожиженном (кипящем) слое. Совмещение процессов кристаллизации на поверхности частиц с процессами окатывания и сушки в одном аппарате дает дополнительные преимущества.

"Рисунок 8.22 - Принципиальная конструкция СБГ"

Скоростной барабанный гранулятор (СБГ) состоит (см. рисунок 8.22) из внутреннего барабана с насадкой на его поверхности, классификатора и дополнительного наружного барабана. В межбарабанном пространстве расположен шнек. С обоих концов оба скрепленных между собой барабана имеют неподвижные камеры загрузки и выгрузки. На стенке передней камеры загрузки установлена загрузочная труба и форсунка.

СБГ работает следующим образом. Гранулы или кристаллы продукта, подлежащие обработке жидким компонентом, поступают в основной барабан на насадку. Одновременно в переднюю часть основного барабана на завесу из гранул с помощью форсунки распыляется жидкий компонент (это может быть плав, раствор или пульпа). Лопасти насадки при вращении барабана непрерывно поднимают и выбрасывают продукт в поперечном сечении барабана, образуя при этом плотную и равномерную завесу обрабатываемого материала по всему сечению внутреннего барабана. В результате весь продукт многократно подвергается обработке распыляемым агентом. После обработки жидкой фазой гранулированный продукт поступает в классификатор, где отделяется мелкая его фракция, которая подхватывается шнеком, и подается во внутренний барабан. Готовый продукт из классификатора выгружается в камеру выгрузки.

Мелкая фракция гранул, возвращенная во внутренний барабан, вновь подается в завесу для обработки жидкой фазой.

Этот цикл увеличения размеров гранул до заданного, регулируется классификатором и проводится многократно.

На основании данного аппарата была разработана и внедрена промышленная установка кондиционирования приллированного карбамида (увеличение размеров приллированного карбамида в процессе гранулирования раствора карбамида путем нанесения его на мелкую фракцию приллированного карбамида) в скоростном барабанном грануляторе в производстве карбамида Кемеровского ОАО "Азот". Данная установка (см. рисунок 8.23) рассчитана на производительность 500 т/сут по готовому продукту и предназначена для кондиционирования гранул карбамида размером менее 2 мм и улучшения качества товарного продукта.

"Рисунок 8.23 - Блок-схема реконструкции узла получения готового продукта с использованием СБГ"

Приллированный карбамид после башни приллирования транспортерами подается в классификатор, в котором происходит рассев продукта по фракциям менее 2 мм - мелкая фракция, 2 - 4 мм - товарная фракция, и более 4 мм - крупная фракция. Крупные приллы по существующей схеме направляются на растворение, а товарная фракция продукта направляется на охлаждение в аппарат охлаждения в КС. Мелкие приллы направляются в СБГ для кондиционирования.

Одновременно в переднюю часть внутреннего барабана на завесу из гранул распыляется раствор/расплав с помощью форсунки, поступающий от существующих насосов с гранбашни, в количестве 100 т/сут на каждый барабанный гранулятор в пересчете на готовый продукт. Перед подачей в СБГ плав разбавляется паровым конденсатом до концентрации 96% - 98% в узле смешения.

В результате весь продукт многократно подвергается обработке распыляемым раствором/расплавом, вследствие чего укрупняется. По мере выгрузки продукта из барабанных грануляторов осуществляется постоянная дозировка мелкой фракции приллированного карбамида из дозировочного бункера в СБГ.

Процесс кристаллизации карбамида из раствора протекает с выделением тепла, поэтому для поддержания требуемого температурного режима в СБГ предусматривается следующее:

- охлаждение внешней поверхности корпусов СБГ оборотной водой;

- подача атмосферного воздуха в СБГ с температурой 20°C - 35°C.

Для подачи воздуха в СБГ устанавливаются дутьевые вентиляторы, а для подогрева воздуха в холодный период года паровые калориферы. Для сбора и отвода использованной оборотной воды предусмотрены сборники и насосы.

Отработанный воздух из СБГ, содержащий аммиак и пыль карбамида, направляется на очистку в существующий пылеуловитель мокрого типа. Раствор карбамида из узла растворения и из пылеочистной системы по существующей схеме направляется в узел вакуум-выпарки.

Кондиционированный карбамид из установки СБГ смешивается с товарной фракцией приллированного карбамида.

8.1.2 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду, потребление сырья, расход энергоресурсов

8.1.2.1 Выбросы в атмосферу и пути их сокращения

Основными источниками газовых выбросов являются сдувочные газы отделений дистилляции и концентрирования растворов, а также потоки отходящего воздуха из узлов получения твердых форм готового продукта.

Очистку отходящих газов от аммиака осуществляют путем абсорбции водными растворам при высоком среднем и низком давлениях и давлении близком к атмосферному. Для тонкой очистки отходящих газов от примеси аммиака применяют кислотную промывку. Наибольшее распространение получили установки кислотного улавливания с использованием азотной кислоты. Один из вариантов современной схемы узла кислотного улавливания приведен на рисунке 8.24.

"Рисунок 8.24 - Принципиальная схема современного узла кислотного улавливания"

Рациональной конструкцией скруббера является аппарат колонного типа с двумя зонами контакта. Обе зоны оснащаются массообменными насадками. Нижнюю зону орошают циркулирующим раствором нитрата (или сульфата), содержащим свежую кислоту. В этой зоне осуществляется связывание основного количества аммиака из смеси газов. Верхняя зона орошается конденсатом и служит для охлаждения газа и предотвращения уноса брызг кислоты и раствора нитрата (или сульфата) аммония с уходящими газами. Наибольшее влияние на эффективность работы узла кислотного улавливания оказывает температура циркулирующего раствора.

Узлы кислотного улавливания изначально входили в состав проекта большинства агрегатов карбамида на территории России и стран СНГ. В настоящее время действуют установки кислотного улавливания на следующих производствах карбамида:

- ОАО "Азот" (г. Кемерово) (подача серной кислоты);

- ОАО "Акрон" (г. Великий Новгород), агрегаты N 1 - 4, агрегат N 5 (подача азотной кислоты);

- ОАО "Куйбышевазот" (г. Тольятти) (подача азотной кислоты).

Сравнительный анализ показателей работы современных установок кислотного улавливания, приведен в таблице 8.23.

Таблица 8.23 - Показатели работы современных установок кислотного улавливания

N п/п	Наименование технологического узла	Тип поглотителя	Количество газов,	Концентрация аммиака на входе в узел,	Концентрация аммиака после кислотной промывки,	Отходы, кг соли на 1 т карбамида	Температура поглотит. раствора	Фирма-разработчик
1	Узел гранулирования			60 - 110	< 30	2 кг р-ра сульфата аммония на 1 т карбамида		UFT
2	Узел приллирования			210	36 25	Выпуск нового твердого продукта карб.+СА		PROZAP, Польша
3	Узел гранулирования (приллирования)		367000	188	24,4	Карбамид с сульфатом аммония 0,3%	29°C - 31°C (до 40°C)	ENICHEM AGRICOLTURA S.p.A
4	Узел гранулирования			130 - 160				Uhde Fertilizer Technology B.V
5	Узел абсорбции сдувочных газов		4324	112000	< 20	Р-р амм. селитры 28% - 65 кг т карб	До 40°C	ОАО "НИИК"

Отработанным перспективным решением является строительство новых или реконструкция существующих башен приллирования там, где это необходимо.

Метод очистки воздуха от пыли карбамида по своей эффективности, превосходит другие методы, используемые в производстве карбамида, при значительно более низком удельном уровне энергетических затрат. Что касается величины конечной концентрации пыли после очистки, то достигнутая в промышленных условиях после инжекционного пылеочистного устройства величина 4 - 10  значительно ниже допустимых норм выбросов пыли карбамида, установленных в других странах и гарантийных показателей зарубежных разработчиков очистных устройств (см. таблицу 8.24).

Таблица 8.24 - Предельные нормы выбросов, установленные в зарубежных странах после башен приллирования и установок грануляции в пересчете на аммиак

Величины предельной нормы,			Страна, наименование нормативного документа
Аммиак	Карбамид	Общий аммиак
50	28,3	78,3	EFMA BAT Booklet (2001)
3 - 35	8,5 - 31	11,5 - 66	EV BREF LVIC (2007)
30	17	47	UAE (2011)
< 15	5,7	< 20,7	США (2013)

Инжекционный метод очистки имеет следующие преимущества:

- простота;

- модульность построения для создания любой нужной производительности по газу;

- низкое гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление, инжектор сам является побудителем расхода газа.

К настоящему времени построено более двух десятков башен приллирования в производствах карбамида России, Украины, Белоруссии, Литвы, Узбекистана, Алжира (см. таблицу 8.25).

Таблица 8.25 - Современные башни приллирования с инжекционной очисткой

Место расположения	Год пуска	Продукт	Производство карбамида, тыс. т/год
Невинномысск (реконструкция)	2011	Карбамид	450
Череповец	2011	Карбамид	450
Ферталж (Алжир)	2010	Карбамид	400
Новгород (реконструкция)	2007	Карбамид	500
Новомосковск (реконструкция)	2005	Карбамид	400
Череповец	1998	Карбамид	400
Невинномысск (реконструкция)	1997	Карбамид	330
Горловка (реконструкция)	1997	Карбамид	570
Горловка	1993	Карбамид	330
Гродно	1987	Карбамид	330
Тольятти	1986	Карбамид	270
Северодонецк	1986	Карбамид	270
Новгород	1986	Карбамид	270
Гродно	1986	Карбамид	270
Ионава	1986	Карбамид	270
Северодонецк	1986	Карбамид	330
Днепродзержинск	1986	Карбамид	330
Фергана	1986	Карбамид	330
Чирчик	1986	Карбамид	270
Одесса	1985 1986	Карбамид	330

В таблице 8.26 приведены данные по выбросам аммиака в атмосферу для рассматриваемых технологий производства карбамида. Они сгруппированы по принципу "Основная технология + Технология получения готового продукта".

В таблице 8.27 приведены более подробные данные по выбросам аммиака по стадиям процесса (приведены только усредненные величины).

Таблица 8.26 - Потери аммиака с выбросами в атмосферу, кг/т готового продукта по данным анкет

N п/п	Технология	Основная технология (свечи синтеза и дистции, выпарки, десорбции, вентиляция)			С воздухом башни приллирования			С воздухом грануляции
		Мин	Макс	Среднее	Мин	Макс	Среднее	Мин	Макс	Среднее
Полный жидкостный рецикл
1	Stamicarbon (АК-70) с полной или частичной реконструкцией URECON2006 + новая или реконструированная башня	0,018	0,810	0,308	0,02	1,0	0,5	-	-	-
2	Stamicarbon (АК-70) с незамкнутым циклом без усовершенствований + старая башня и грануляция	9,829	9,829	9,829	0,97	0,97	0,97	0,50	0,50	0,50
3	TEC + старая башня	0,024	0,024	0,024	2,35	2,35	2,35	-	-	-
Стриппинг в токе
4	Стриппинг в токе + новая башня	0,208	0,273	0,241	0,29	0,60	0,45	-	-	-
5	Стриппинг в токе + старая башня	0,086	0,086	0,086	0,80	0,80	0,80	-	-	-
6	Стриппинг в токе + грануляция	0,218	0,218	0,218	-	-	-	1,0	1,0	1,0
Автостриппинг (в токе )
7	Автостриппинг + старая башня	0,326	0,326	0,326	0,13*	0,13*	0,13*	-	-	-
8	Автостриппинг + грануляция	0,444	0,444	0,444	-	-	-	1,0	1,0	1,0
Tecnimont
9	Tecnimont + старая башня	0,022	0,048	0,035	0,17*	0,25*	0,21*	-	-	-
* некорректные данные

Таблица 8.27 - Потери аммиака с выбросами в атмосферу, кг/т готового продукта по данным анкет

N п/п	Технология	Через свечи синтеза и дист-ции	Через свечи выпарки	С газами после десорбции	С воздухом гранбашни	С вент. выбросами	С воздухом грануляции	Узел отгрузки
Полный жидкостный рецикл
1	Stamicarbon (АК-70) с полной или частичной реконструкцией URECON2006 + новая или реконструированная башня	0,222	0,032		0,50	0,064
2	Stamicarbon (АК-70) с незамкнутым циклом без усовершенствований + старая башня и грануляция	9,70			1,0	0,129	0,50
3	TEC + старая башня	0,024			2,35
Стриппинг в токе
4	Стриппинг в токе + новая башня	0,048	0,132		0,45	0,060		0,0096
5	Стриппинг в токе + старая башня	0,044		0,013	0,80	0,032
6	Стриппинг в токе + грануляция	0,10	0,10			0,018	1,0
Автостриппинг (в токе )
7	Автостриппинг + старая башня	0,32			0,13*	0,006
8	Автостриппинг + грануляция	0,36	0,054			0,03	1,0
Tecnimont
9	Tecnimont + старая башня	0,016			0,21*	0,019
* возможны некорректные данные

8.1.2.2 Обращение со сточными водами

В результате химического процесса, взаимодействия аммиака и диоксида углерода, не образуются новые вещества, представляющие опасность для окружающей среды. Вода, получаемая в соответствии с уравнением реакции (0,3 т/т), и выделенная из раствора, после узла выпаривания, содержит незначительные примеси аммиака и карбамида. При использовании современных технологий, десорбции аммиака и гидролиза карбамида на аммиак и диоксид углерода, очищенная сточная вода с содержанием аммиака и карбамида от 1 до 5 мг/л, может быть использована на водоподготовке для получения котловой воды или на подпитке водооборотного цикла. Никаких других отходов в производстве карбамида не образуется.

8.1.2.2.1 Типовые схемы очистки сточных вод производства карбамида

Существует несколько типовых схем очистки сточных вод производства карбамида:

- десорбция в одну ступень;

- десорбция в две ступени;

- двухступенчатая десорбция и гидролиз;

- двухступенчатая десорбция и гидролиз с узлом конденсации.

Десорбция в одну ступень (см. рисунок 8.25).

Конденсат сокового пара из отделения выпарки, содержащий 0,03% карбамида, до 7% аммиака и до 2% диоксида углерода собирается в сборнике. Из сборника сточная вода через рекуперативный теплообменник подается в десорбер. В десорбере происходит отгон аммиака, диоксида углерода и паров воды из сточной воды при давлении 0,08 - 0,1 МПа и температуре 112°C - 125°C. Подогрев сточной воды в кубе десорбера может осуществляться за счет подачи водяного пара как в выносной кипятильник, так и непосредственно в виде подачи "острого" водяного пара. Подогрев сточной воды, входящей в десорбер осуществляется в рекуперативном теплообменнике за счет тепла очищенной сточной воды, выходящей из куба десорбера. Далее очищенная сточная вода передается на очистные сооружения. После отгонки аммиака и диоксида углерода в очищенной сточной воде содержание аммиака составляет не более 200 мг/л и карбамида не более 400 мг/л.

"Рисунок 8.25 - Принципиальная схема десорбции аммиака в одну ступень"

Степень очистки сточных вод по данной схеме достаточно низкая. Кроме того, на таких установках не происходит очистки от карбамида.

Десорбция в две ступени (см. рисунок 8.26)

Конденсат сокового пара из отделения выпарки, содержащий до 0,5% карбамида, до 6% аммиака и до 2% диоксида углерода собирается в сборнике. Из сборника сточная вода через рекуперативный теплообменник подается в десорбер I ступени. В десорбере происходит отгон аммиака, диоксида углерода и паров воды из сточной воды под избыточным давлением 0,25 - 0,35 МПа (давление второй ступени дистилляции) и температуре 125°C - 135°C. Газы десорбции отправляются в конденсатор II ступени дистилляции или передаются в смежные цех. Подогрев сточной воды в кубе десорбера I ступени осуществляться за счет подачи водяного пара в выносной кипятильник. Подогрев сточной воды, входящей в десорбере I ступени осуществляется в рекуперативном теплообменнике за счет тепла сточной воды выходящей из куба десорбера. Далее сточная вода передается на II ступень десорбции. В десорбере II ступени происходит окончательный отгон аммиака, диоксида углерода и паров воды при атмосферном давлении. Подогрев сточной воды в кубе десорбера II ступени осуществляться за счет подачи водяного пара в выносной кипятильник. Газовая фаза из десорбера II ступени направляется в абсорбер работающий под атмосферном давление. Далее очищенная сточная вода пройдя через холодильник передается на очистные сооружения. Сточные воды последовательно проходили десорберы I и II ступеней, после чего содержание аммиака в стоках составляло до 50 - 100 мг/л и карбамида до 5 г/л.

Недостатком данной схемы является отсутствие очистки сточных вод от карбамида, количество которого в стоках практически не изменяется.

"Рисунок 8.26 - Принципиальная схема очистки сточных вод десорбцией в две ступени"

Двухступенчатая десорбция и гидролиз (см. рисунок 8.27)

Отличие от схемы двухступенчатой десорбции заключается в том, что после I ступени десорбции сточная вода направляется на гидролиз, а далее на II ступень десорбции где происходит окончательная отгонка аммиака, диоксида углерода и воды.

Гидролиз карбамида осуществляется под давлением 1,7 - 2,0 МПа при температуре 190°C - 200°C.

В гидролизере сначала происходит реакция изомеризации карбамида в цианат аммония, который в дальнейшем подвергается гидролизу:

(1)

(2)

При этом цианат аммония в водном растворе диссоциирует на ионы

(3),

и ионы подвергаются гидролизу

(4)

Применение такой схемы позволяло очистить сточные воды от карбамида до 150 - 300 мг/л, снизить содержание аммиака до 50 - 100 мг/л.

"Рисунок 8.27 - Принципиальная схема очистки сточных вод с двухступенчатой десорбцией и гидролизом"

Двухступенчатая десорбция и гидролиз с узлом конденсации (см. рисунок 8.28)

Отличие от схемы двух ступенчатой десорбции с гидролизом заключается в установке отдельного конденсатора для газов десорбции. Данное решение позволяет держать давление в конденсаторе, отличное от давления узла рецикла, что облегчает эксплуатацию данных узлов и позволяет в каждом узле держать то давление, которое является оптимальным. Раствор карбамата (сконденсировавшиеся пары воды, аммиака и диоксида углерода) откачивается из конденсатора насосом в конденсатор узла рециркуляции. Часть раствора с нагнетания насоса подается на орошение в верхнюю тарелку десорбера I ступени.

В зависимости от расхода и температуры раствора УАС, подаваемого на орошение десорбера I ступени, изменяется температура ПГС на выходе из десорбера, а, следовательно, и массовая доля воды, что позволяет уменьшить рецикл воды в узел синтеза. Давление в конденсаторе и десорбере регулируется сбросом газа в абсорбер работающий под атмосферным давлением.

Применение такой схемы позволяет получить сточные воды с содержанием аммиака и карбамида в очищенной сточной воде на уровне не более 2 ppm (мг/л).

"Рисунок 8.28 - Принципиальная схема очистки сточных вод с двухступенчатой десорбцией и гидролизом с узлом конденсации"

Из приведенных выше описанных схем наилучшие показатели очистки сточных вод производства карбамида достигаются по схеме "Очистка сточных вод с двухступенчатой десорбцией и гидролизом с узлом конденсации".

Экологические преимущества схемы:

- возможность повторного использования очищенной технологической сточной воды (например, в качестве подпиточной воды водооборотного цикла);

- независимость работы цеха карбамида от смежных цехов (газы десорбции утилизируются в производстве карбамида);

- возврат аммиака и карбамида в виде раствора карбамата в технологию;

- отсутствие выброса аммиака и карбамида с производства карбамида в водный бассейн;

- прекращение сброса сточных вод на БОС и в канализацию.

В таблице 8.28 приведены данные по сбросам вредных веществ (аммиак и карбамид) в сточных водах, которые соответствуют различным описанным выше схемам.

Таблица 8.28 - Сточные воды производства карбамида (по данным анкет)

Наименование загрязняющих веществ	Сбросы		Источники сброса/стадия процесса	Эффективность очистки/повторного использования	Комментарии
	Объем и (или) масса сбросов загрязняющих веществ на выходе из производства в расчете на тонну продукции, кг/т	Метод очистки или переработки			Валовый выброс,	Примечание/информация о том, куда направляются сточные воды с производства и сточные воды после очистки	Мощность производства, т/год	Метод определения загрязняющих веществ
	Среднее
Десорбция в одну ступень
Азот аммонийный ()	0,14	БОС, ГОС	Очистка сточных вод			Сточные воды направляются на БОС, далее в поверхностный водоем	450 000	Фотометрический
Карбамид	0,28
Азот аммонийный ()	0,045	Биологическая очистка	Технологическая вода после колонны дистилляции С 904		12,5		515 000
Карбамид	0,045
Десорбция в две ступени + Двухступенчатая десорбция и гидролиз с узлом конденсации
Азот аммонийный ()	0,098	Гидролиз-десорбция	Очистка сточных вод	80%	47	Сточные воды из цеха Карбамид-2 направляются в цех ВК НиОПСВ	400 000	МВИ
Карбамид	0,29
Двухступенчатая десорбция и гидролиз
Азот аммонийный ()	0,076	БОС			25,68	В коллектор химгрязной канализации -	350 000
Карбамид	0,409*					На станцию нейтрализации - биоочистные сооружения водный объект
Двухступенчатая десорбция и гидролиз с узлом конденсации
Азот аммонийный ()	0,0023	ГОСВ, десорбция аммиака	ЭФК, участок N 1	100%	60	Сточные воды из цеха карбамид-3 на станцию БХО, на станцию получения деминерализованной воды, на подпитку ВОЦ	1 100 000	Аналитический
Карбамид	0,00114	Гидролиз карбамида
Азот аммонийный ()	0,0036	Нитриденитрификация в цехе биохимической очистки сточных вод предприятия (БХОиТООП)	Узел десорбции гидролиза (переработка амводы, образованной при упаривании раствора карбамида)	98,7%. Сточные воды повторно не используются 100%. Сточные воды повторно не используются	45	В цех биохимической очистки сточных вод предприятия (БХОиТООП). После очистки сбрасываются в р. Барсучки	495 000	Фотоколориметрический МВИ 60-А Фотоколориметрический МВИ 426-04
Карбамид	0,0051
Азот аммонийный ()	0,007	Нитриденитрификация в цехе биохимической очистки сточных вод предприятия (БХОиТООП)	Производство карбамида	98,7%. Сточные воды повторно не используются 100%. Сточные воды повторно не используются	53,85	Очистка сточных вод предприятия (БХОиТООП). После очистки сбрасываются в р. Барсучки	440 000	Фотометрический, МВИ 60-А
Карбамид	0,0022							Фотометрический
Азот аммонийный ()	0,0065	БОС	Производство карбамида		25	Сточные воды направляются на БОС, далее в поверхностный водоем	650 000	Фотоколориметрический
Карбамид	0,0249							Фотометрический
* Повышенное количество карбамида обусловлено повышенным содержанием его в сточных водах, направляемых на очистку в узел десорбции и гидролиза. Это обусловлено различием в основных технологиях, от которых производится переработка сточных вод. В схему с десорбцией в одну ступень поступает сточная вода с содержанием карбамида - 0,03%, в схему с двухступенчатой десорбцией и гидролизом - 0,5%

8.1.2.2.2 Современные способы обращения со сточными водами и их аппаратурное оформление

Сточные воды из цехов карбамида, как правило, поступают на биологические очистные сооружения. Удельные затраты на очистку сточных вод постоянно растут. Для получения котловой воды обычно используют речную воду. Затраты на водоподготовку увеличиваются с каждым годом (см. рисунок 8.29). Затраты на приготовление котловой воды можно существенно сократить (см. рисунок 8.30), если очищать не речную воду, содержащую большее количество примесей, а сточную воду производства карбамида, содержание примесей в которой минимально. В большинстве случаев это карбамид и аммиак, очистка от которых решается на основе схемы двух ступенчатой десорбции и гидролиза. При этом карбамид, разложившийся на аммиак и диоксид углерода и отогнанный аммиак не выбрасываются за пределы производства, а возвращаются в синтез в виде раствора карбамата аммония, что дополнительно снижает расходный коэффициент по аммиаку.

Возможно проведение реконструкции узлов очистки сточных вод с минимальным количеством вновь устанавливаемого оборудования, путем модернизации существующих аппаратов и перераспределения технологических потоков. Достигаемая степень очистки после проведения реконструкции узла сточных вод составляет не более 2 мг/л по аммиаку и карбамиду.

В связи с имеющимися особенностями технологии на различных агрегатах карбамида, отличиями режимов эксплуатации узла очистки сточных вод, и наличием конструктивных особенностей оборудования узла, комплекс мероприятий по реконструкции для каждого агрегата карбамида подбирается индивидуально.

"Рисунок 8.29 - Существующая схема затрат на получение котловой воды и переработку сточных вод производства карбамида"

"Рисунок 8.30 - Предлагаемая схема затрат на получение котловой воды"

Разработаны и освоены для реконструкции узлов очистки сточных вод следующие технические решения:

- замена существующих перегородок в десорберах I и II ступени на высокоэффективные;

- установка высокоэффективного двухзонного гидролизера;

- уменьшение градиента температур по высоте гидролизера;

- установка конденсатора газов десорбции, работающего в затопленном режиме;

- наращивание теплообменной поверхности в случае необходимости.

Схема работы высокоэффективных контактных устройств струйного типа показана на рисунок 8.31. Предлагаемые контактные устройства по сравнению с обычными тарелками, используемыми в узлах очистки сточных вод, обладают следующими преимуществами:

"Рисунок 8.31 - Схема работы контактных устройств струйного типа"

1) Меньшее гидравлическое сопротивление (на ~30%) за счет лучшего использования кинетической энергии струи газа.

В данном случае газ выходит из отверстий в направлении движения жидкости по тарелке; это вызывает снижение продольного перемешивания жидкости и способствует движению жидкости, что приводит к уменьшению гидравлического градиента.

2) Повышение эффективности работы тарелки на ~15%.

Наклонные отбойные элементы на ситчатой тарелке создают направленное движение газа в сторону перелива, за счет чего уменьшается градиент уровня жидкости на тарелке, вследствие чего газовая фаза равномерно проходит по всему сечению тарелки. Кроме этого, планки отбойных элементов (поперек потока на тарелке), а также несущие элементы планок (вдоль потока) выполняют роль секционирующих устройств, уменьшая обратное перемешивание на тарелке и повышая эффективность ее работы.

3) Возможность работы тарелки на повышенных нагрузках по газовой фазе.

В связи со снижением концентрации аммиака на выходе из десорберов и увеличения количества сточной воды возрастает количество выделившейся газовой фазы, что приводит к увеличению скорости парогазовой фазы в десорбере.

Отбойные элементы на ситчатой тарелке препятствуют повышению брызгоуноса на вышележащую тарелку при повышении расхода газовой фазы, т.е. уменьшают продольное перемешивание в масштабах всей тарельчатой колонны, что приводит к повышению эффективности работы аппарата.

Высокоэффективный двухзонный гидролизер (см. рисунок 8.32) имеет оптимальную конструкцию для достижения наиболее полного разложения карбамида в сточной воде. В нем ведется как процесс гидролиза карбамида, так и отгонки аммиака. Гидролизер представляет собой аппарат колонного типа, состоящий из двух частей "гидролизной" и "десорбционной".

"Рисунок 8.32 - Эскиз высокоэффективного двухзонного гидролизера"

Как известно, процесс гидролиза карбамида наиболее эффективно протекает в режиме идеального вытеснения. Одним из наиболее простых и надежных способов установки требуемой гидродинамики является секционирование полого аппарата. Установка контактных устройств равномерно по высоте гидролизера в "гидролизной" части дает следующий эффект:

- значительно уменьшается обратное перемешивание жидкости. Гидродинамический режим работы приближается к режиму идеального вытеснения;

- значительно увеличивается поверхность контакта фаз в аппарате за счет многократного диспергирования газовой фазы;

- устраняются крупномасштабные циркуляционные токи жидкости в аппарате.

В "десорбционной" части гидролизера происходит эффективный отгон аммиака, выделившегося в результате гидролиза карбамида. Промежуточный отвод аммиака из технологической воды позволяет вести эффективный гидролиз и в "десорбционной" части гидролизера.

Установка отдельного конденсатора для газов десорбции (см. рисунок 8.33) позволяет держать давление в нем, отличное от давления узла рецикла, что облегчает эксплуатацию данных узлов и позволяет в каждом узле держать то давление, которое является оптимальным.

"Рисунок 8.33 - Схема установки затопленного конденсатора газов десорбции"

В условиях барботажа газов десорбции в жидкую фазу конденсация газа протекает более эффективно, что приводит к увеличению степени конденсации газов десорбции после "затопления" конденсатора.

Установка атмосферного абсорбера приводит к повышению эффективности работы узла сточных вод в целом и снижению содержания аммиака в сточных водах после очистки за счет разделение сдувок рецикла и десорбции.

Одним из способов повышения эффективности работы узла очистки сточных вод, является снижение концентрации аммиачной воды, подаваемой в узел за счет перераспределения потоков поступающих в сборник сточных вод (см. рисунок 8.34). В результате перераспределения потоков кроме того происходит повышение концентрации раствора, подаваемого в узел абсорбции и соответственно повышение концентрации растворов УАС, подаваемых в узел синтеза, что приводит к повышению эффективности работы всего агрегата.

Разделение сборника процессного конденсата осуществляется с целью снижения концентрации аммиачной воды подаваемой в узел десорбции и гидролиза и, как следствие, снижения нагрузки на этот узел, а также для повышения концентрации раствора, подаваемого в узел рецикла и, соответственно, снижения количества воды, подаваемой в узел синтеза вместе с раствором карбамата. Реконструкция состоит в дооборудовании сборника КСП карманом", в который подается КСП с высоким содержанием аммиака (из конденсатора форвыпарки, 2-го конденсатора II ступени выпарки). Раствор из этого "кармана" подается на всас насоса абсорбера НД.

"Рисунок 8.34 - Пример перераспределения потоков процессного конденсата (КСП)"

В результате проведенной реконструкции сборника процессного конденсата достигается:

- снижение концентрации аммиака в растворе, подаваемом в узел десорбции (на 1% - 1,5%);

- повышение концентрации аммиака в растворе, подаваемом в узел абсорбции (до 10% - 15%).

Данное мероприятие успешно реализовано на: ОАО НАК "Азот", Карбамид-3 (2 очередь), г. Новомосковск.

Одним из приемов снижения нагрузки на узел очистки сточных вод является использование водоструйных эжекторов вместо паровых. Это мероприятие не только дает экономию пара и оборотной воды за счет отключения паровых эжекторов, но и снижает количество сточных вод и энергозатраты в узле очистки сточных вод.

Реконструкции узла очистки сточных вод в производствах карбамида проведены на ОАО "НАК "Азот" цех М-2, г. Новомосковск, ГХЗ ОАО "Газпром нефтехим Салават", цех N 50, г. Салават, ОАО "НАК "Азот" цех К-3 (2 очередь), ОАО "Акрон", агрегат N 5, г. Великий Новгород.

Отдельные результаты реконструкции показаны в таблицах 8.29, 8.30.

Таблица 8.29 - Показатели состава сточной воды до и после реконструкции

Наименование показателя	До реконструкции	После реконструкции
Состав сточной воды после очистки, ppm:
аммиак	300	5
карбамид	8000	5

Таблица 8.30 - Результаты реконструкции на ОАО "Газпром нефтехим Салават", цех N 50, г. Салават

Наименование показателя	До реконструкции	После реконструкции
Состав сточной воды после очистки, ppm:
аммиак	150	3,4
карбамид	350	отсутствует

8.1.2.3 Характеристики ресурсо- и энергосбережения

Степень пользования аммиака, основного сырья для производства карбамида, характеризует расходный коэффициент по аммиаку (см. таблицу 8.31), который показывает, сколько кг аммиака израсходовано для получения 1 тонны готового продукта.

Различные технологии получения карбамида используют различные энергоресурсы, и учет их расходования ведется по-разному. Для того, чтобы иметь возможность сравнить энергозатратность отличных технологий (см. таблицу 8.32) воспользуемся приемом, рекомендуемым Госкомстатом для энергетических балансов, переведем все энергетические средства в тонны условного топлива (ТУТ) и определим их сумму для каждой технологии.

Таблица 8.31 - Расходный коэффициент по аммиаку

N п/п	Предприятие, цех, технология	Расходный коэффициент по аммиаку, кг/т (диапазон), среднее
1	Stamicarbon (АК-70) с полной или частичной реконструкцией URECON2006	(574 - 580) 577
2	Stamicarbon (АК-70) с незамкнутым циклом без усовершенствований	588,5
3	TEC	581,7
5	Стриппинг в токе	(570,0 - 586,2) 571,5
6	Автостриппинг (в токе )	(568,3 - 600,0) 581,1
7	Tecnimont	(575,6 - 582,6) 579,3

Таблица 8.32 - Расход энергетических средств

N N п/п	Технология	Пар, Гкал/т	Электроэнергия, кВтч/т	Вода оборотная,	Природный газ,	Суммарный расход энергетических средств
						ТУТ/т*	ГДж/т
Полный жидкостный рецикл
1	Stamicarbon (АК-70) с полной или частичной реконструкцией URECON2006	1,114	175,0	123,5 (117 - 130)		0,2391	7,007
2	Stamicarbon (АК-70) с незамкнутым циклом без усовершенствований	1,666	175,3	120,7		0,3212	9,413
3	TEC	1,396	44,2	68,7		0,2302	6,747
Стриппинг в токе
5	Пар со стороны	0,872 0,766 - 0,977	166,4			0,1900	5,568
6	С котлом для получения пара		102,9		133,9	0,1900	5,568
Автостриппинг (в токе )
7	Пар со стороны	1,544	47,5	51,2		0,2514	7,368
8	С котлом для получения пара		88,7		176,2	0,2339	6,855
Tecnimont
9	Tecnimont	0,260	75,8		192,9	0,2874	8,423
* Согласно постановлению N 46 Госкомстата Российской Федерации от 23 июня 1999 г. расчет ТУТ/т ведется по формуле: 1 ТУТ/т = где П - пар, Гкал/т; Г - природный газ, тыс. ; Э - электроэнергия, тыс. кВт.ч/т; В - оборотная вода, тыс.  1 ТДж = 0,0293076 ТУТ.

8.1.3 Определение наилучших доступных технологий

8.1.3.1 Классификация технологий

Для получения карбамида в промышленности во всем мире используют единственный способ: синтез из аммиака и диоксида углерода, при высоком давлении и температуре. Главные стадии производства высококонцентрированного раствора (плава): синтез, дистилляция (с вариантами проведения с разным количеством ступеней и различных диапазонах давления), конденсация и возврат непрореагировавшего сырья на стадию синтеза, выпаривание воды из раствора карбамида. В технологиях разных разработчиков могут существенно отличаться параметры технологического режима и конструкции используемого оборудования.

В 8.1.1 были описаны все технологии производства карбамида, применяемые в настоящее время в России.

Условно технологии получения концентрированного раствора (плава) карбамида можно разделить на:

- технологии с полным жидкостным рециклом (Stamicarbon АК-70, URECON2006, TEC, Tecnimont);

- технологии со стриппинг-процессом (Stamicarbon АК-80, Snamprogetti).

Технологии получения твердых форм готового продукта можно разделить на:

- башни приллирования;

- грануляцию в КС.

В соответствии с этой классификацией и предлагается вести описание НДТ. Ниже рассмотрим критерии отнесения указанных технологий к НДТ.

8.1.3.2 Промышленное внедрение технологических процессов, оборудования, технических способов, методов на двух и более объектах в Российской Федерации

Количество объектов, относящихся к области применения НДТ:

- по технологии получения концентрированного раствора (плава) карбамида:

- полный жидкостный рецикл с незамкнутым циклом - 4 агрегата;

- URECON2006 и его элементы - 14 агрегатов карбамида;

- полный жидкостный рецикл Tecnimont - 2 агрегата;

- стриппинг-процесс в токе 4 агрегата карбамида;

- автостриппинг - 4 агрегата карбамида;

- по технологии получения твердых форм готового продукта:

- Современные башни приллирования конструкции ОАО "НИИК" с увеличенной высотой полета частиц, встроенным аппаратом охлаждения гранул и пылеочистным устройством инжекционного типа - 5 башен построено и 2 реконструировано;

- Башни Tecnimont - 2 шт.

- Башни приллирования Snamprogetti - 3 шт.

- Установка грануляции в КС фирмы Stamicarbon - 2 шт.

Объекты распределены по всей территории Российской Федерации и эксплуатируются в различных климатических зонах: как на Севере (Вологодская обл.), тоже и на Юге (Ставропольский край).

8.1.3.3 Наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на 1 т произведенного карбамида

При современных технологиях получения карбамида отходы не образуются. Вода, п