Регенератор диоксида углерода

Предложен регенератор диоксида углерода, включающий металлический корпус с центрально расположенной трубой для выхода «чистой» фракции СО₂, секцию из колпачковых тарелок, каплеотбойник и узел распределения насыщенного раствора в верхней части регенератора, а в средней и нижней частях аппарата имеются несколько секций из колец Палля, разделенных колпачковыми тарелками.

Достигаемый результат - получение диоксида углерода с низким содержанием горючих компонентов.

Регенератор диоксида углерода.

Предлагаемое техническое устройство относится к регенераторам газов и может быть использовано на крупнотоннажных производствах аммиака с целью получения диоксида углерода требуемого качества, используемого при получении карбамида. Для этого применяются массообменные аппараты с кольцевой керамической насадкой, располагающейся двумя слоями высотой по 6 м, на которых происходит десорбция углекислого газа из «поташных» (раствор «Бенфилд») или этаноламинных водных растворов. В процессе эксплуатации керамическая насадка изнашивается, вследствие чего эффективность работы установки снижается. Одновременно с этим наблюдается повышение расхода тепла и ухудшение степени очистки газа.

По указанной причине большое распространение сегодня получили регенераторы диоксида углерода с клапанными и ситчатыми тарелками.

Известна конструкция комбинированного регенератора, описанная в [Справочник азотчика. Изд.2-е переработанное. М. Химия. 1986. С.272]. В нем предусмотрен отбор «грязной» (поток IV) и «чистой» (поток I) фракций диоксида углерода, причем в верхней части аппарата размещены три колпачковые тарелки 1 с подачей на них флегмы (поток II), а под ними смонтированы двадцать две ситчатых тарелки 2 (Фиг.1).

Аппараты подобного типа весьма чувствительны к неравномерности орошения секций насыщенным раствором диоксида углерода (поток III), которая имеет место в процессе их эксплуатации. По указанной причине не всегда достигается требуемая эффективность разделения компонентов газовой фазы и, как результат, наблюдается повышенное содержание водорода в «чистой» фракции диоксида углерода (поток I). В свою очередь, это создает повышенную пожаровзрывоопасность на производстве карбамида, использующего диоксид углерода пониженного качества.

Технической задачей полезной модели является совершенствование конструкции регенератора с одновременным повышением качества вырабатываемого диоксида углерода за счет снижения в нем концентрации горючих компонентов.

Поставленная задача достигается тем, что основными конструктивными элементами предлагаемого регенератора являются центрально расположенная труба 5 для выхода «чистой» фракции диоксида углерода (поток I) в верхней части аппарата, каплеотбойник 7, колпачковые тарелки 2 и узел распределения насыщенного раствора в виде перфорированной трубы 3 и тарелка с отверстиями 4, а в средней и нижней частях регенератора устанавливаются несколько секций из колец Палля, разделенных колпачковыми тарелками.

Сущностью предлагаемой полезной модели является регенератор диоксида углерода, включающий металлический корпус с центрально расположенной трубой для выхода «чистой» фракции CO ₂, секцию из 1-3 колпачковых тарелок, каплеотбойник и узел распределения насыщенного раствора в верхней части регенератора, причем в качестве узла распределения используется перфорированная труба с расположенной под ней тарелкой с равномерно размещенными отверстиями, а в средней и нижней частях аппарата имеются 3-5 секций из колец Палля, разделенных колпачковыми тарелками.

На фиг.2 показана верхняя часть усовершенствованной конструкции регенератора диоксида углерода, установленного на агрегате аммиака «Кемико» производительностью 450 тысяч тн NH₃ в год.

Он представляет стальной теплоизолированный аппарат диаметром 5180 мм и высотой 70000 мм. Внутри него находится центрально расположенная труба 5 для отбора «чистой» фракции диоксида углерода, каплеотбойник 7, три колпачковые тарелки 2,перфорированная труба 3 для подачи насыщенного раствора и распределительная тарелка 4, содержащая 10645 отверстий диаметром 6 мм с шагом 26 мм. В верхней части предусмотрен также вывод «грязной» фракции CO₂ (поток II).

Регенератор содержит пять насадочных секций, заполненных кольцами Палля, разделенных колпачковыми тарелками (на фиг.2 не показаны).

В нижнюю часть аппарата загружают два слоя колец Палля размером 38×38 мм и с суммарным объемом 168,8 м³, а в верхнюю - 3 слоя колец размером 51×51 мм и с общим объемом около 460 м.

В качестве насадки использованы кольца Палля из нержавеющей стали, насыпанные на приваренные к корпусу решетки.

В верхней части регенератора установлено каплеотбойное устройство, которое снижает каплеунос с диоксидом углерода, покидающим аппарат.

Он содержит линии подачи флегмы на колпачковые тарелки (поток III) и удаления избытка жидкой фазы (поток IV).

Регенератор диоксида углерода работает следующим образом.

Пример.

В среднюю часть регенератора через перфорированную трубу 3 (поток V) непрерывно поступает 1376 тн/час насыщенного раствора Бенфилд с температурой 112°С следующего состава, мас.%:

К₂СО ₃ - 10-15%

КНСО₃ - 25%

диэтаноламин - 1,7-3,0%

Y₂O₅ - 0,7%.

В результате протекания реакции

2КНСО₃К₂СО₃+СО₂+Н₂ О-Q

выделяется углекислый газ, который поднимается в верхнюю часть регенератора и орошается флегмой (Н₂ О, поток III) с температурой 58°С. Избыток регенерируемого раствора, содержащий 19-30% мае. К₂СО₃, а также диэтаноламин и пятиокись ванадия, выводится в виде потока ТУ в абсорбер СО₂ (не показан).

«Чистая» фракция диоксида углерода с температурой 98°С выводится по трубе 5 (поток I) в количестве 16,5 тн/час и содержит 99,8% об. основного продукта и 0,2% об. водорода. В «грязной фракции - 5,5 тн/час» (поток II) объемная концентрация водорода достигает 5%.

Усовершенствованная конструкция аппарата обеспечивает высокую эффективность массообменных процессов при десорбции диоксида углерода из растворов «Бенфилд». Она, как видно из фиг.2, также позволяет проводить одновременный отбор как «чистой», так и «грязной» фракций СО₂. При этом содержание горючих компонентов (преимущественно водорода) в «чистой» фракции диоксида углерода не превышает 0.2% об., тогда как до реконструкции регенератора - более 1% об.

Предлагаемая полезная модель отличается от известных также и тем, что она сочетает достоинства насадочных и тарельчатых массообменных аппаратов, то есть является комбинированной.

Это делает конструкцию более надежной в управлении и эксплуатации. Таким образом, из описания и формулы полезной модели следует, что ее реализация позволит повысить эффективность массообменного процесса регенерации насыщенного раствора диоксида углерода и снизить концентрацию горючих компонентов в вырабатываемом СО₂. В свою очередь, при использовании указанного диоксида углерода на агрегатах карбамида, это благоприятно отразится на их пожаровзрывобезопасности и повышении производительности.

Регенератор диоксида углерода, включающий металлический корпус с центрально расположенной трубой для выхода «чистой» фракции CO₂, секцию из 1-3 колпачковых тарелок, каплеотбойник и узел распределения насыщенного раствора в верхней части регенератора, отличающийся тем, что в качестве узла распределения насыщенного раствора используется перфорированная труба с расположенной под ней тарелкой с равномерно размещенными отверстиями, а в средней и нижней частях аппарата имеются 3-5 секций из колец Палля, разделенных колпачковыми тарелками.