Способ выделения аммиака и углекислоты из их смеси

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

И flkIRHYV

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлеяо 03.11.77 (21) 2540049/23-26 (51) М. Кл. (23) Приоритет — (32) 03.11.76

С 01 С 1/02

Гееуаарстееакый кемлтет

СССР (31) 7612163 (33) Нидерланды

lie делам азебретеклк и еткамтил

Опубликовано 30.09.81. ВвллЕтень М 36

Дата опубликования описания 30.09.81 (5З) УД1(546.171..1(088.8) Иностранец

Андреас Йоханнес Бмрманс (Нидерланды) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

"Стамикарбои Б. В. " (Нидерланды) (71) Заявитель (54) СПОСОб ВЫДЕЛЕНИЯ АММИАКА

И УГЛЕКИСЛОТЫ ИЭ ИХ СМЕСИ

Изобретение относится к способу выделеммя1 практически чистого NM и СО . Поц терммном "смесь, содержащая 1чН, и СО," подразумевают смесь, которая может представлять собой бинарную смесь NH3/ÑÎ, газообразную смесь б

NH3, СОт и водяных паров, или водный раствор NH3 и СОт, в котором может также содержаться в растворе карбамат аммония и/или карбонэт аммония.

lO

Известно выделение аммиака. н углекислоты иэ смесей аммиака, углекислоты и воды путем оттонки большей части аммиака в первой стадии, затем отгонкм углекислоты во второй стадии при повышенном давлении смеси аммиака, 18 углекислоты и воды (1).

По этому способу в первой стадии применяется давление смеси 1 — 5 ата; углекислоту выделяют иэ смеси аммиака, углекислоты м воды, в которой концентрация аммиака очень мала, ф1 т.е. меньше чем в азеотроне аммиак/углекмслотэ. Образующиеся остатки продувают газом, например, метаном при общем давлении 1 эта.

Это приводит к снмженмю давления смеси и .выделению аммиака и некоторой части углекис. лоты; получают смесь метана, аммиака и углекислоты при общем давлении 1 ата.

Для оистки газовой смеси от следов углекислоты, часть этой смеси конденсируют, что приводит к абсорбции углекислоты жидким аммиаком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, по которому газовую смесь аммиака и углекислоты, в которой содержание аммиака выше чем в азеотропе, абсорбируют водой или водным раствором. При атмосферном давлении аммиак отгоняют иэ полученного водного раствора, Затем остаток раствора подвергают дробной пере. гонке при давлении от 5 до 20 ата н нагревав и для отгонк» углекислоты Р1.

Известные способы основаны на том принци. пе, что изменяя давление смеем аммиака, углекислоты н воды можно выделить амеенак при более низком давлении, а углекислоту лри более высоком. Опюшемме между давлением, смеси, т.е. суммой парционэльных давлений аммиака, углекислоты и воды в стадии удаления аммиака н давлением смеси в стадии удэпетвея углекислоты, должно составлять в обоих спо.

869551 4 углекислотой, Под термином "обогащенная аммиаком смесь" понимают, что отношение аммиак/

20

Цель изобретения — снижение энергозатрат и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выделения аммиака и углекислоты иэ 25 их смеси путем фракционной дистилляции при нагревании в зоне выделения аммиака и в зоне выделения углекислоты выделение углекислоты ведут в присутствии 0,2 — 6-кратного количества добавляемой воды к весу исходной смеси в зо- z0 не выделения углекислоты.

По изобретению предлагается способ вьщеления практически чистого аммиака и практически чистой углекислоты из смесей аммиака и углекислоты, причем это разделение ведут в зоне выделения аммиака нагреванием и в зоне выделения углекислоты нагреванием; этот способ отличается тем, что выделение углекислоты ведут в присутствии воды в количестве от 0,2 до б-кратного по весу загружаемой смеси в зону выделения углекислоты, причем оптимально

0,5 — 45-кратное количество Ниже 0,2-кратного предела разделение становится возрастающе трудным, при этом требуется увеличение количества циркуляции и разделение черезвычайно мало. При

45 более 2,5-кратных количествах возрастает температура выделенной углекислоты, что приводит к усилению коррозии, а при б-кратном количестве требующееся количество энергии для удалештя добавленной воды становится неприемлемо большим.

Следует отметить, что количество воды, добавляемой в зону выделения углекислоты, берется сверх того, которое содержится в исходной смеси, подаваемой в зону выделения углекислоты, поскольку в этой смеси может содержаться аммиак, углекислота и вода.

Предлагаемый способ MQ>KHo применять для исходных смесей обогащенных аммиаком или собах от 1:5 до 1:20, если разделение идет гладко.

Однако, зти способы обладают тем недостатком, что если обрабатываемая смесь получается при давлении более 1 ата, то ее давление сначала надо снизить до 1 ата. Более того, газо- .образный аммиак спускают при максимальном давлении 1 ата, при этом возможно присутствие большого количества другого газа. Если аммиак подвергается дальнейшей переработке, например, в синтезе мочевины, то его давление надо снова повысить, Для этого требуется значительный расход энергии на компримиоование, кроме того, концентрация углекислоты в аммиаке должна быть низкой для предотвраще-, ния образования твердого карбамата аммония в компрессоре. и линиях высокого давления.

Можно также сжижить газообразный аммиак глубоким холодом с последующим повьнаением давления аммиака до нужной величины. Бо зто также требует расхода энергии. углекислота в исходной смеси такое, что при нагревании выделяется преимущественно аммиак, а под термином "обогащенная углекислотой смесь" понимают, что отношение аммиак/утлекислота в исходной смеси таково, что при нагревании происходит преимущественное выделение углекислоты, По одному из вариантов настоящего изобретения предлагается способ, по которому исходная смесь является обогащенной аммиаком смесью, он заключается в: пропускании указанной смеси в зону выделения аммиака, где получают газообразный амми- ак в виде верхнего погона, а в качестве остат ка получают постоянно кипящий раствор аммиака и углекислоты; пропускании указанного остатка в виде исходной смеси и зону выделения углекислоты в присутствии воды, где получают углекислоту в виде верхнего погона, а в качестве остатка получают постоянно кипящий раствор аммиака и углекислоты.

По другому варианту изобретения предлагается способ, в котором смесь представляет собой обогащенную углекислотой смесь, он заключается в: подаче указанной смеси в зону выделения углекислоты в присутствии воды, где углекислота выделяется в качестве верхнего погона, а в виду остатка выделяется постоянно кипящий водный раствор аммиака и углекислоты; подаче указанного остатка в зону десорбции, где удаляется почти все количество аммиака и углекислоты, в вида газовой смеси.с водяными парами; и ! подаче этой газовой смеси в зону выделения аммиака, где газообразный аммиак получают в виде верхнего погона, а в качестве остатка получают постоянно кипящий водный раствор аммиака и углекислоты, Воду можно подавать в зону выделения углекислоты в одной или нескольких точках этой эоны и/или ее можно подавать частично перед этой зоной в загружаемую в эту зону смесь.

Лобавляемая вода может представлять собой разбавленный раствор аммиака и углекислоты, например, содержащий не менее 90 вес.% воды.

Однако это содержание зависит от давления в системе, при меньших давлениях требуется большее количество воды. Предпочтительно в зоне выделения аммиака держат температуру низа

60 — 170 С и температуру верха от — 35 до +66 С а в зоне выделения углекислоты держат температуру низа 75 — 200 С и температуру верха

0 — 100 С, причем температупа верха укаэанных зон должна быть всегда ниже, чем температура низа.

9551 6

5 86

Оптимальная величина температуры низа зоны выделения аммиака зависит от состава смеси и давления. Однако если применяют температуру ниже 60 С илн температуру образования твердых продуктов реакции аммиака, углекислоты н возможно воды, или поступающее в зону выделения углекислоты сырье имеет такой состав, то не достигается оптимальное выделение.

В большинстве случаев температура низа эоны выделения аммиака не выше 170 С, это делают с целью, чтобы она и температура в зоне выделения аммиака (которая всегда несколько выше) была ниже той температуры, при которой идет нежелательная коррозия. По этой же причине температура низа зоны выделения о углекислоты не должна превышать 200 С.

Температура верха зоны выделения аммиака определяется, главным образом, применяемым давлением. Температура верха зоны выделения углекислоты определяется конечной частотой получаемой углекислоты.

Как правило, содержание аммиака в 100 ч/млн и ниже легко достигается кри температуре верха до 100 С. Температура верха обеих зон выделения определяется количеством аммиачной флегмы и количеством и температурой раэбавляющей и промывочной воды, соответственно.

Давление в зоне выделения углекислоты лучше держать не выше чем в два раза превышающее давление в зоне выделения аммиака, еще лучше если давления в обеих зонах выделения почти равны.

Можно применять отношение давлений больше, чем 2, но это приведет к давлению, при котором выделение аммиака станет меньшим, поэтому для снижения аммиака потребуются большие капиталовложения. Это также приводит к очень высокому расходу энергии. По этой причине предпочитают работать при указанных максимальных отношениях давлений.

Предлагаемый способ можно осуществлять при равных давлениях в зонах вьщеления аммиака и углекислоты. Выгоднее примешиь отношение давлений, характеризующееся небольшим коэффициентом, например, зто дает зкономию тепла 4 при выделении аммиака и углекислоты, а также уменьшает требующуюся поверхность теплопередачи.

35 в аммиачную ректификационную колонну н

387 кг/ч в десорбер 3.

Газовую смесь 50,4% аммиака, 17,7% углекислоты и 30,9% воды и до f,0% других газов с температурой 162 С, которую выводят из десорбера, также направляют в аммиачную ректификационную колонну со скоростью 39,304 кг/ч.

Из верха этой колонны выводят газовую смесь

99,2% аммиака и 0,6% других газов са скоростью

65,217 кг/ч. С помощью охлаждающей воды часть этой газовой смеси сжижают в холодильнике 4. В аммиачную колонну направляют

44,630 кг/ч флегмы в виде сжиженной смеси.

Из холодильника выходит 3,474 кг/ч газовой смеси, содержащей 88,9% аммиака и 11,1% других газов. Ее промывают в промыватвле

114,496 кг/ч воды. Тепло из промывателя 5 отводят в циркуляционном холодильнике 6. Раствор, содержащий 38,7% аммиака н 61,3% воды, возвращают в аммиачную реактификационную колонну в количестве 7,335 кг/ч. Температура о в верхней части этой колонны составляет 46 С.

По линиям 7 и 8 друтие газы направляют в углекнслоп1ую ректификацнонную. колонну 9 в количестве 635 кг/ч. 1

Из нижней части аммиачной ректификационной колонны отводят жидкость, содержащую

25,4% аммиака, 21,0 углекислоты и 53,6% воды при температуре 131 С, по линии 10 в утлекислотную ректификационную колонну 9 в количестве 78,027 кг/ч.

В эту колонку, давление в которой также составляет 18 ата, подают также по линии

2573299 кг/ч раэбавители в виде воды, содержащей следы аммиака и углекислоты, который прн выходе нэ десорбера имеет температуру

206 С. Эта жидкость отдаляет часть тепла в донной части углеккслотной ректификационной колонны, остальное тепло отводят в холодильнике 11.

Жидкость, выходящая из десорбера в количестве 108909 кг/ч, содержащая 35610 кг/ч воды, отводят возможно при охлаждении в холо. дильнике 12. Эту воду можно использовать для абсорбции аммиака и углекислоть1.

Вверх углекислотной ректификационной колонны подают 5,959 кг/ч промывной воды дпя вымывания последних следов аммиака. С помощью пара температуру низа углекислотной

Пример. В оборудовании, показанном на чертеже, выделяют почти чистый аммиак и почти чистую углекислоту из смеси аммиака, углекислоты и воды. Прн давлении 18 ата и температуре 73 С водный раствор аммиака и углекислоты, содержащий 33,4% аммиака, 18,2% углекислоты и 48,4% воды, подают в нижнюю часть аммиачной ректификационной колонны 1 со скоростью 51,972 кг/ч. Компрессором 2 по-, дают 635 кг/ч воздуха, из них 248 кг/ч подают

55 ректификационной колонны поддерживают при

158 С. Температура верха этой колонны составляет

35 С. Из этой колонны отбирают 10,094 кг/ч газовой смеси, содержащей 93,7% углекислоты н

6,3% других газов, кроме того в ней содержится менее 100 ч/млн. аммиака. Из низа колонны отбирают раствор, содержащий 81,9% воды, 13,4% аммиака и 4,7% воды при температуре 158 С и направляют его в деоорбер в ,количестве 147,826 кг/ч.

869551

ВНИИПИ Заказ 8363/88 Тираж 508 Подписное

Филиал-ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

С помощью пара в десорбере из раствора отгоняют аммиак и углекислоту, таким образом выводят 108909 кг/ч воды, содержащей только следы аммиака и углекислоты. Температура верха десорбера 161,8 С.

Из приведенного выше примера видно, что способ достаточно зкономичен и прост.

Формула изобретения

Способ выделения аммиака и углекислоты из их смеси путем фракционной дистилляции

8 при нагревании в зоне выделения аммиака и в зоне выделения углекислоты, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и упрощения способа, выделение углекислоты ведут в присутствии 0,2 — 6-кратного

5 количества добавляемой воды к весу исходнои смеси в зоне выделения углекислоты.

Источники информации, о принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3112177, кл. 23 — 151, 1960.

2. Патент Англии N 1)29939, кл. В 1 В, 1968.