Способ выделения аммиака из газовых смесей
способ ВЫДЕЛЕНИЯ АММИАКА ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ путем пропускания смеси по поверхности полупроницаемой мембраны, селективной по отношению к аммиаку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса и повышения степени чистоты вьщеляемого аммиака при повышенной температуре и давлении , в качестве полупроницаемой мембраны используют пленку из ароматических полнсульфонамидов. (Л
(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИН
1 12 В 01 D 13 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2584915/23-26 (22) 28.02.78 (46) 30.12.83. Бюл. 9 48 (72) С.И,Семенова, С.И.Смирнов, В.K.Áåëÿêoâ, В.Г.Карачевцев, В.П.Дубяга, Л.Г.Косицкая, В.М.Савинов, Л,Б.Соколов, Л.В..Невский, Н.В.Кия-Оглу и A.Ã.Áîíäàðåíêo (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических смол и Государственный ордена Трудового
Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (53) 66.066(088.8) (56) 1. Технологические процессы с применением мембран. Пер.с англ. M., Мир, 1976, с.323-328.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 483877, кл. С 01 С 1/12, В 01 D 13/00, опублик. 1975.
3. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2381535,кл.С 01 С 1/12, В 01 D 13/00, 16.01.78 (прототип).
{54)(57) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АММИАКА
ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ путем пропускания смеси по поверхности полупроницаемой мембраны, селективной по отношению к аммиаку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса и повышения степени чистоты выделяемого .аммиака прн повышенной температуре и давлении, в качестве полупроницаемой мембраны используют пленку из ароматических полисульфонамидов °
1063774
5 l0
Изобретение относится к технологии разделения и концентрирования газовых смесей, в частности к способу выделения аммиака иэ газовых смесей.
Известны технологические процессы разделения газовых смесей с помощью. полупроницаемых веществ (1 ).
Известен способ выделения аммиака из циркуляционного газа синтеза аммиака путем охлаждения газовой смеси, отделения сконденсировавшегося при этом аммиака и разделения оставшейся после конденсации смеси с помощью полупроницаемой полимерной пленки иэ алифатического полиамида
ПК-4 (23.
Недостатками данного способа выделения аммиака являются невысокая производительность пленки ПК-4 по отношению к аммиаку и низкая степень чистоты выделяемого аммиака (коэффициент проницаемости аммиака
П,„Н = 18-28 - 10 см . см/см 2 с атм, ПмН коэффициент селективности с(=
= П„
14-:20 при Р, = 1-3, 5 атм) .
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выде ления аммиака из смесей газов путем пропускания газовой смеси по поверхности полупрочицаемой мембраны, селективной по отношению к аммиаку, в котором в качестве полимерной пленки используют гидратцеллюлозную пленку ГЗ 1.
Гидратцеллюлозная пленка имеет достаточно высокую производительность по отношению к аммиаку:
8 см см
П = 2- .56 10 --------- при
ЧНЭ см .с ° атм
-8смэ- см
P.,H = 0,45 атм и П =gpp-10
3 NHq см2 с .атм
М при Р gH = 3, 0 атм, а также хорошую э чистоту выделяемого аммиака: с(, = 160-2000 в диапазоне парциальных давлений Р „ = 0,2-3,0 атм при
15-20 С.
ынэ
При использовании известного способа наблюдается нестабильность .во времени основных характеристик процесса. В процессе эксплуатации в гидратцеллюлоэных пленках под давлением аммиака наблюдается падение коэффициента проницаемости аммиака и снижение эффективности применения пленки в длительных процессах выделения аммиака (через
1 сут коэффициент проницаемости аммиака снижается смэ см с П = 900 1О --------- до ннэ см с атм
„g смэ см
П = 180-10 ---------,,коэффицисм2- с,атм ент селективности — соответственно с о(= 2000 до с = 400 при Р < э
3,0 атм) Кроме того, известная пленка эффективно работает в узком диапазоне давлений и температур. При увеличении парциального давления аммиака свыше 4,0 атм у гидратцеллюлозных пленок наблюдается значительное снижение коэффициента селективности (через 1 сут испытаний.
oL=400 при Р) н = 3,0 атм и d = 1-2 . при Р н > 6,5 атм) .
Применение гидратцеллюлоэных пленок наиболее эффективно при
15-20 С, так как с повышением температуры происходит значительное падение козффйциента проницаемости аммиака и, соответственно, коэффициента селективности. Так, если через 1 сут испытаний при Р Н э
=.3,0 атми t = 20 СПяц =180к
-B cM . cM э, э к10 --------- и с(= 400, то уже см с .атм при Р щ = 3,0 атм и t = 40 С э
Пщ =- 22 10 8 и с = 60, а при
Р нэ -- 3 О атм и t = 60 С П„н
8.10" и с = 15. йнэ
Цель изобретения — повышение эффективности процесса и повышение степени чистоты выделяемого аммиака при повышенной температуре и давлении.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выделения аммиака из газовых смесей путем пропускания смеси по поверхности поуупроницаемой мембраны, селективной по отношению к аммиаку, в качестве полупроницаемой мембраны используют пленку из ароматических полисульфонамидов.
В качестве полисульфонамидов используют поли-4,4-дифениленсульфон4,4-дифениленоксидамид, поли-4,4дифениленсульфонамид, поли-4,4-дифениленсульфонтерефталамид (сульфон 4Т), поли-3,4-дифениленсульфонтерефталамид, поли-3 3-дифениленсульфонтерефталамид.
Пример. Пленки получают методом полива иэ растворов в диметилацетамиде. Растворитель иэ пленок удаляют сушкой на воздухе и последующей отмывкой в воде до остаточного содержания не более 0,5 вес.%.
Определение коэффициентов массопереноса проводят хроматографическими методами. Чувствительность методов
1 - 10 1 смэ ° см/см - с - атм.
Результаты испытаний приведены в табл.1-5.
У гидратцеллюлозной пленки при
Р = 3,0 атм через 1 сут испытаний иэ
П = 180"10 -- ------, d.= 400.
-8 см см см с.атм
При более высоких давлениях наблюдается резкое снижение коэффициента селективности.
1063774
Таблица
Газопроницаемость ароматических полисульфонамидов при Р = 5 атм йн f — 20 С (через 1 сут после начала испытаний).
П .. 08 cM:cM
3.
HHj смТ е атм
Ароматические полисульфонамиды
LINAGE
ПН
Поли-4,4-дифениленсульфонтерефталамид
180
900
Поли-4,4-дифениленсульфон4,4-дифениленоксидамид
800
110
Поли-3,4-дифениленсульфонтерефталамид
120
420
Поли-3,3-дифениленсульфонтерефталамид
390
140
360
Поли-4,4-дифениленсульфонамид
130
Таблица 2
Зависимость Пнн от времени непрерывных испытаний для пленок из сульфона ЧТ и гидратцеллюлозной пленки
В см .см
П . 10 --- ------, через см>- с ° атм
Р, Н, атм
Пленка из
4 ч 1 сут 1 мес 3 мес
0,45
24 24
500 500
900 900 сульфона ЧТ
500
500
900
900
56 . 50 35 35
0,45 гидратцеллюлозы
180 180
900 180
Таблица 3
Зависимость П Н, и ПН от парциального давления аммиака Р н для пленок из сульфона 4Т аммиачно-водородная смесь с 50 об.% аммиака, У температура 20 C) В см см
П .10 ну см - с,.атм
В см см
П "10 см - с.атм пн
Рцн ° >TM.
1,0
65
2,3
150
122
4,1
500
158
4,3
680
180
5,0
900
200
6,5
1300
5,6
1063774
T а б л и ц а
Зависимость П И-,. ПН и с - от температуры при Р Н = 5,0 атм (аммиачно-водородная смесь с 50 об.Ъ аммиака) для пленок из суль фона 4Т см см
Я 3
МН см2. с атм
8 см .см
П 10 см с ° атм
180
5,0
900
8,1
650
350
17,5
60
180
30,0
Та блица 5
Газопроницаемость сульфона 4Т при отношению. к различным газам
8 см см
Коэффициент гаэопроницаемости П.10 см2- с,атм
Р, атм
3 ., 2
СН2
0,045 0,01
150 0,9
2,0
0,9, 1,2 0,045 0,01
900
5 0
0,01
350
5 0
6 5 9,0
0 02
Составитель Р.Герасимов
Редактор В.Петраш Техред И,Метелева .Корректор Г.Решетник
Заказ 1,0312/24 Тираж 471 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Как видно из данных таблиц, газопроницаемость и чистота выделяемого аммиака увеличиваются при использовании в качестве полимерной разделительной пленки — пленки из ароматического полисульфонамида в расширенном рабочем диапазоне давлений и температур.
Основные характеристики процесса выделения аммиака иэ газовых сме4О сей с помощью ароматических полисульфонамидов улучшаются с увеличением парциального давления аммиака и остаются стабильными по времени.
Экономический эффект от применения
45 ароматических полисульфонамидов в качестве полимерных пленок для выделения аммиака составит более
1 млн.руб./г. на один агрегат синтеза аммиака производительностью
50 1360 т/сут.