Doctor of Sciences (Engineering), PhD (Chemistry), professor of Chair “Environmental management and resource-saving”
доктор технических наук, кандидат химических наук, профессор кафедры «Рациональное природопользование и ресурсосбережение»
senior lecturer of Chair “Environmental management and resource-saving”
старший преподаватель кафедры «Рациональное природопользование и ресурсосбережение»
Doctor of Sciences (Engineering), Deputy Director for Development
доктор технических наук, заместитель директора по развитию
The paper considers the issues of optimization of technological schemes of producing liquid carbon dioxide transferred to the carbamide synthesis plant.
The main disadvantage of traditional technology solutions is the high energy costs, caused mainly by the necessity to compress CO2 before its transfer to the synthesis reactor.
To implement the optimization of the technological stage of producing high-pressure carbon dioxide by means of combined use of compression and pumping equipment, the authors used the multifactor methods of chemical and technological processes modeling and software. With regard to urea aggregates of various capacity, the authors considered several manufacturing schemes.
The conducted technological calculations proved the appropriateness of equipment configuration.
The essence of the proposed for implementing technical solution is the simultaneous application of a compressor-pumping carbon dioxide unit where the process of producing liquid CO2 under the reduced pressure is effectively combined with the supply of compressed gas of the required pressure (15 MPa) into the carbamide synthesis unit using the low-temperature pump. As opposed to the traditional technology, the proposed technical solution allows compressing gaseous CO2 from 0.1 MPa to a relatively low pressure of 3.0 MPa, and then cooling by means of gasification cold of liquid carbon dioxide compressed to 15 MPa. For condensation, the authors proposed to use the absorbing water-ammonia refrigerating machine.
The paper presents the variant of turbo-compressor unit modernization, by means of which it is possible to achieve the significant increase of the yield of the urea units’ final product in order to reduce CO2 emissions to the atmosphere. The proposed compressor-pumping unit differs from the others not only by the optimal construction of its technological scheme but also by its using to reduce the specific energy consumption of internal sources of cold and heat in the form of a flow of cold carbon dioxide compressed to the pressure of 15 MPa, and the high-temperature part of gaseous CO2 compressed in the centrifugal compressor as well.
В статье рассмотрены вопросы оптимизации технологических схем получения жидкого диоксида углерода, направляемого на установку синтеза карбамида.
Главным недостатком традиционных технических решений являются высокие энергетические затраты, обусловленные главным образом необходимостью компримирования СО2 перед его подачей в реактор синтеза.
Для решения оптимизации технологической стадии получения диоксида углерода высокого давления путем комбинированного использования компрессорного и насосного оборудования были использованы многофакторные методы моделирования химико-технологических процессов и программное обеспечение. Применительно к агрегатам карбамида различной мощности рассмотрено несколько технологических схем.
Проведенные технологические расчеты подтвердили правильность компоновки оборудования.
Сущностью предлагаемого к внедрению технического решения является одновременное использование компрессорно-насосной углекислотной установки, в которой эффективно сочетается процесс получения жидкого СО2 при пониженном давлении и подачи компримированного газа с необходимым давлением (15 МПа) с помощью низкотемпературного насоса в агрегат синтеза карбамида. В отличие от традиционной технологии предлагаемое техническое решение позволяет сжимать газообразный СО2 от 0,1 МПа до относительно невысокого давления в 3,0 МПа, и затем охлаждать за счет холода газификации компримированного до 15 МПа жидкого диоксида углерода. Для конденсации предлагается использовать абсорбционную водоаммиачную холодильную машину.
В работе представлен вариант модернизации турбокомпрессорного агрегата, благодаря которой можно добиться существенного увеличения выхода конечного продукта агрегатов карбамида с целью сокращения выбросов СО2 в атмосферу. Предлагаемая компрессорно-насосная установка отличается от других не только оптимальным построением ее технологической схемы, но и применением для снижения удельных энергозатрат внутренних источников холода и тепла в виде потока холодного диоксида углерода, сжатого до давления 15 МПа, а также высокотемпературной части сжатого в центробежном компрессоре газообразного СО2.