Способ выделения аммиака и двуокиси углерода

 

1. СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АММИАКА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА из смеси, содержащей аммиак, двуокись углерода и ВОДУ, включающий отделение аммиака ректификацией в зоне отделения гилмиака свыводом оставшейся жидкой фазы из зоны отделения аммиака в зону . отделения двуокиси углерода с выделением в этой зоне газообразной двуокиси углерода ректификацией и подачи оставшейся жидкой фазы в зоне десорбции , где аммиак и двуокись углерода отделяют в виде газообразной смеси, отличанзщийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, на дно зоны отделения аммиака подают газообразную дхвуокись углерода из зоны отделения двуокиси углерода в количестве 1-20% от количества оставшейся жидкой фазы, выводимой из зоны отделения аммиака. 2. Способ по П.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что на дно зоны отделения аммиака дополнительно подают инертный газ в количестве 43-233% от массы газообразной двуокиси углерода. сл 00 ел о 00

СОКИ СОНЕТСНИХ caNVI

РЕСПУЬЛИН ае 01) g{5y С 01 С 1 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Н IlATEHTY с

ГОС)ЩАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ (21) 2901346/23-26 (22). 03.04.80 (.31) 30374 (32) 16.04.79 (33 ) ClQA (46) 30. 11. 83. Бюл. 944 (72) Йосефус Йоханнес Петрус Мария

Горден (Нидерланды) (71) Стамикарбон Б.В. (Нидерланды) (53.)546.171.1(088.8) (56) 1. Патент. CLtA 9 3112177, кл. 23-151, 1960.

2. Патент Англии 91129939, кл. В 1 В, 1968.

3. Патент СССР по заявке 9 2540049 кл. С 01 С 1/02, 1980. (54)(57) 1. СПОСОБ ВЦЦЕЛЕНИЧ АММИАКА

И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА из смеси, содержащей авелиак, двуокись углерода и воду, включаиниий отделение аммиака ректификацией в зоне отделения аимиака с выводом оставшейся жидкой фазы из зоны отделения аммиа ка в зону отделения двуокиси углерода с выделением в этой зоне газообразной двуокиси углерода ректификацией и подачи оставшейся жидкой фазы в зоне десорбции, где аммиак и двуокись углерода отделяют в виде газообразной смеси, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, на дно зоны отделения аммиака подают газообразную двуокись углерода из эоны отделения двуокиси углерода в количестве 1-20% от количества оставшейся жидкой фазы, выводимой из зоны отделения аммиака.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю- Я шийся тем, что на дно зоны отделения аммиака дополнительно подают инертный гаэ в количестве

43-233% от массы газообразной двуокиси углерода.

1058503!

Изобретение относится к способам отделения чистого Н и чистого СО иэ смеси, содержащей ЙН, СО и Н О

Известен способ отделения Н Н и СО из смеси Нз СО р и Н О путем дистилляции большей части аммиака на первой стадии при давлении

1-5 абс,атм. и отгонки газообразной двуокиси углерода на второй стадии, оставшуюся жидкость десорбируют, например, метанолом при давлении 10

1 абс.атм. Это приводит к понижению давления системы и к выделению иэ нее аммиака и некоторого количества двуокиси углерода, так что получают смесь метана, аммиака и двуокиси углерода при общем давлении 1 абс.атм. Для того, чтобы удалить следы двуокиси углерода, содержащейся в газовой смеси, часть смеси конденсируют, обеспечивая 2О условия, при которых двуокись углерода абсорбируют жидким аммиаком (1J

Ъ

Известен способ, по которому газовую смесь аммиака и углекисло ы, в которой содержание аммиака выше, чем в аэеотропе, абсорбируют водой или водным раствором. При атмосферном давлении аммиак отгоняют из по. лученного водного раствора. Затем .остаток раствора подвергают дробной перегонке при давлении 5-20 ата и нагревании для отгонки кислоты (2j .

Наиболее близким к предлагаемому является способ выделения аммиака и двуокиси углерода иэ смесей, содер- 35 жащих аммиак, двуокись углерода и воду, включающий отделение .аммиака ректификацией в зоне отделения аммиака с выводом оставшейся жидкой фазы иэ зоны отделения аммиака в зону 40 отделения двуокиси углерода с выделением в этой зоне двуокиси углерода ректификацией и подачи оставшейся жидкой фазы в зону десорбции, где аммиак и двуокись углерода отделяют в виде газообразной смеси f3).

Недостатком известных способов является высокая энергоемкость процесса.

Цель изобретения — снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается. тем, что согласно способу выделения аммиака и двуокиси углерода из смеси, содержащей аммиак, двуокись углерода и воду, включающий отделение аммиака ректификацией в зоне отделения аммиака с выводом оставшейся жидкой фазы иэ эоны отделения, аммиака в зону отделения двуокисй углерода с выделением в этой зоне газообразной двуокиси углерода ректификацией и подучи оставшейся жидкой фазы в ,зону десорбции, где аммиак и двуокись углерода отделяют в виде газообразной смеси, на дно зоны отде« 65 ления аммиака подают газообразную двуокись углерода в количестве 1-20% от количества оставшейся жидкой фазы, выводимой из эоны отделения аммиака„

На дно зоны отделения аммиака дополнительно подают инертный газ в количестве 43-233% от массы газообразной двуокиси углерода.

На фиг.1 и 2 представлены варианты осуществления предлагаемого способа.

Смесь аммиака двуокиси углерода и воды подают по трубопроводу 1 насосом 2 в ректификационную аммиач-. ную колонну 3. Аммиак выводят из головной части колонны 3 по трубопроводу 4. Этот аммиак можно сконденсировать посредством охлаждения, при необходимости глубокого, в конденсаторе 5. Несконденсированную газообразную смесь аммиака с инертным гаэом отводят из конденсатора. Этот инертный газ поступает иэ воздуха, вводимого на установки для пассирования материала., из которых изготовлены емкостная аппаратура и трубопроводы, с целью уменьшения коррозии до приемлемого уровня. С этой .целью можно испольэовать вместо воздуха кислород или вещество, выделяющее кислород. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого способа, количество вводимого воздуха существенно превышает избыток, необход плый для сохранения материалов в пассивированном состоянии.

По предлагаемому способу воздух способствует улучшению эффективности разделения. Часть воздуха направляют в аммиачную ректификационную колонну 3 посредством компрессора

6 по трубопроводам 7 и 8, а другую часть — по трубопроводу 9 в десорбер.

10. Газообразную смесь из конденсатора б подают по линии 11 в скруббер 12, где освобождают от аммиака путем отмывания водой, подаваемой по трубопроводу 13. Большую часть тепла, выделяющегося во время абсорбции, удаляют путем охлаждения части полученного водного раствора аммиака, отводимого насосом 14 в холодильник рецикла 15 и возвращаемого в скруббер 12 по трубопроводу

1б. Затем полученный раствор возвращают в аммиачную ректификационную колонну 3 по трубопроводу 17.

Инертный гаэ выводят по трубопроводу 18 и подают в кубовую часть углекислотной ректификационной колонны 19 по линии 20, его можно выпустить полностью или частично по трубопроводу 21. Часть аммиака, ожиженного в конденсаторе 5, отводят обратно по трубопроводу 22 на аммиачную ректификационную колонну для использования в качестве орошающей

1058503 жидкости флегмы). Остаток выпускают по трубопроводу 23. Раствор аммиака и углекислдго газа в воде выводят из кубовой части аммиачной ректификационной колонны 3 по трубопроводу 22. Газообразную двуокись углерода направляют в колонну 3 по трубопроводу 24. Содерламое колонны 3 можно обогревать посредством змеевикового нагревателя 25.

Раствор в трубопроводе 22 подают в углекислотную ректификационную колонну 19, которая действует по существу при том же самом давлении, что и аммиачная ректификационная колонна 3. Определенное количество разбавляющей воды направляют в колонну 19 по линии 26, Кубовый продукт десорбера 10 удаляют насосом

27 по трубопроводам 28 и 29. Для достижения лучшего распределения тепла, эту использованную для десорбции воду сначала освобождают от части содержащегося в ней тепла в кубовой части углекислотной ректификационной колонны 19. Оставшуюся часть тепла, необходимого для ректификации, подводят сюда посредством обогревающих змеевиков 30, обогреваеьих, например паром. жидкий поток, поступающий по трубопроводу 29, выпускают, хотя часть его возможно использовать в качестве раэбавляющей воды. Дополнительное количество промывной воды подают в колонну

19 по трубопроводу 31 для отделения аммиака от двуокиси углероданастолько полного, насколько это возможно. Газовая смесь, состоящая из углекислого газа и инертных газов, по существу свободная от аммиака (если он вообще имеется), выходит иэ головной части колонны

19 по трубопроводу 32. Кубовый продукт или остаточная жидкая фаза после колонны 19, представляющий разбавленный водный раствор аммиака и углекислого газа, направляют по трубопроводу 33 в десорбер 10.

Фактически весь аммиак и весь углекислый газ удаляются в десорбере

10 путем нагревания змеевиковыми нагревателями 34, например посредством пара. Полученную после десорбции воду, практически не содержащую аммиака и углекислого газа, выпускают по трубопроводу 29. Газообразную смесь аммиака, углекислого гаэа и воды, полученную в десорбере

10, подают в аммиачную ректификационную колонну 3 по трубопроводу

35. В изложенном выше примере осуществления предлагаемого процесса используют смесь аммиака, углекислого газа и воды, имеющую высокое ,содержание аммиака. Если состав, данной исходной смеси будет беден в отношении аммиака, тогда исходный поток следовало бы сначала подавать в углекислотную ректификационную ,колонну 19.

Ректификацию углекислого газа (фиг.2) проводят под бопее высоким давлением, чем ректификацию аммиака.

Компрессор A и насос Б, соответственно, установлены на трубопроводах 20 и 22 с целью повышения давления потоков газа и жидкости соот>0 ветственно. Кроне того, на трубопроводе 35 имеется редукционный -вентиль В, посредством которого снижается давЛение у части газообразной смеси, отводимой от десорбера 10.

В данном случае, десорбционная колонна 10 действует s фактически при том же давлении в системе, ка кое имеет место при ректификации углекислого газа. Трубопровод 8

-2О содержит еще редукционный вентиль В, который используют для понижения давления у части подаваемого по нему воздуха.

При осуществлении способа, осно-. ванного на разнице давления (фиг. 2), давление, при котором происходит отделение СО, в два — пять раэ превышает давление, при котором проис.ходит отделение К Н3. При этом нет необходимости добавления раэбавителя в зону отделения СО, как это делается при использовании способа раз бавления.

Пример 1. Фактически чистый gH3 и фактически чистый COq

З5 отделяют от смеси, содержащей N H

СО и Н О, в установке, структура которой подобна той, которая представлена на фиг.2.

При давлении 180 кПа 56489 кг/ч

4Q раствора gH> и СОу в воде, состав которого соответствует,%: g H> 32,8, СО 18 3 и воды 48,9, вводят в ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения 5!Н>. С помо15 щью компрессора 6 добавляют воздух со скоростью 635 кг/ч, иэ них

248 кг/ч вводят в ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения ЦН3 и 387 кг/ч — в десорбер

-5О 10. По линии 24 в ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения NHg вводят СО со скоростью

2000 кг/ч 27,026 кг/ч газообразной смеси, содержащей,%: 5 Н352,8; С0>

14,1; Н О 27,7 и инертный газ 1,5, выходящей иэ десорбера 10, расширяют с помощью вентиля В и такие подают в ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения НН1, 38,180 кг/ч газообразной смеси, со60 держащей,%:NH 98,0; Н20 0,3 и инертный газ 1,7 выводят из. верхней части колонны 3. Часть этой газовой смеси сжижают путем охлаждения в конденсаторе 5, из которого

65 17,924 кг/ч жидкого NH3 возвращают

1058503 в колонну 3 в качестве флегмы, а

18,528 кг/ч жидкого NHg выводят из системы. 2,464 icr/÷ газообразной смеси, содержащей 74,2% КН и 25,8% инертного газа выходят иэ конденсатора 5. Эту смесь промывают водой 5 в скруббере 12, причем вода подается со скоростью 2200 кг/ч. Тепло. от скруббера.12 отводят через рециркуляционный конденсатор 16. 3а час в ректификационную колонну для от- 10 деления МН возвращают 4029 кг раствора, состоящего из 45,4% NHy и 54,6%

Н10. В ректификационную колонну, предназначенную для.отделения С02, пропускают 635 кг/ч инертного газа по трубопроводам 18 и 20. . Со дна ректификационной колонны

3, предназначенной для отделения NH> по трубопроводу 22 и через насос

В в ректификационную колонну 19, предназначенную для отделения CQ

2 пропускают 69,180 кг/ч жидкости, состав которой соответствует 22,7%

КН3 23,43 С02 и 53,9Ъ Н О. В колонну

19 подают по трубопроводам 26 и

4 31 34,079 кг/ч воды.

Газообразная смесь, выходящая иэ верхней части ректификационной колонны 19, предназначенной для отделения С02, со скоростью 12,337 кг/ч содержит 93,2% СО, включая при этом менее 100 ч на млн NH> .

90.913 кг/ч раствора, содержащего

78,5%.Н О 17,3% NH>a 4,2% СО>, про- пускают со дна колонны 19 в десорбер 10. Состав этой жидкости на- 35 ходится с той стороны граничной линии, которая соответствует смеси, богатой СО .

В десорбере раствор фактически освобождают от NН и С02 с помощью 4О пара. Всего иэ десорбера выводят, 63,892 кг/ч жидкости, причем эта жид-, кость может быть использована, например, для адсорбции NB и СО или частично в качестве Разбавляющей воды 45 в зоне отделения С02.

Пример 2. Фактически чистый

NHq и фактически чистый СО2 отделяют от смеси NH>, .СО и Н О в установке, имеющей структуру, подобную . той, которая представлена на фиг.2, в которой С02, равно как и воздух, вводят в ректификационную колонну для отделения КН . Цифровые обозна чения соответствуют тем, которые были описаны в отношении фиг.3, а проценты соответствуют весовым процентам.

При давлении 1800 ко 51,972 кг/ч раствора NН>и С02 в воде, имеющего состав,Ъ: NH>33,4 С0218,2 и воды 60

48,4, добавляют в ректификационную колойну 3, предназначенную для отделения НЙ . С помощью компрессора

6 в систему вводят 2,387 кг/ч воздуха, иэ которых 2000 KI /÷ подают в 65

4 ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения N Й3, 387 кг/ч - в десорбер 10. По трубопроводу 24 в ректификационную колонну, 3, предназначенную для отделения AH>, подают 2000 кг/ч СО .

22„928 кг/ч газообразной смеси, содержащей,%: N И 57,7, С0216,0,.

Н20 26,3 и инертный газ 1,5 из десорбера 10 подвергают расширений посредством вентиля В и также вводят в ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения N,Íó. Из верхней части этой колонны выводят

32,415 кг/ч газообразной смеси, содержащей,В: Н Н398,0, Н О 0,3 и инерт- ный газ 1,7. Часть этой газообразной смеси подвергают сжижению путем охлаждения в конденсаторе 5, из которой 15,057 кг/ч жидкого аммиака возвращают в колонну 3 в качестве флегмы, а 17,358 кг/ч жидкого ИН3 выводят из системы. Из конденсатора

5 выходит 9,252 кг/ч остаточной несконденсированной газообразной смеси, состоящей из 74,2Ъ йН и Н и 25,8% инертного газа. Эту остаточную смесь . промывают в скруббере 12 через рециркулирующий конденсатор 15. В течение часа в ректификационную колонну для отделения NH возвращают

3,829 кг раствора, содержащего 82,08

МЙ и 18% Н О. В ректификационную колонну 19, предназначенную рая.извлечения С02, пропускают по трубопроводу .20 и через компрессор A 635 кг/ч инертного газа.

Со дна ректификационной колонны

3,. предназначенной для отделения ЯН1 по трубопроводу 22 и через насос Б пропускают в ректификационную колонну 19, предназначенную для очистки

СО2, 62,042 кг/ч остаточной жидкой фазы, имеющей состав,Ф ОН 22,3, СО

24,6, и Н 0 53,1.

В колойну 19 подают также по трубопроводу 26 и по трубопроводу

31 20,486 кг/ч воды. Из верхней части ректификационной колонны 19, предназначенной для отделения С0>, выходит газообразная смесь со скоростью 11,482 кг/ч, которая содержит 93,2% СО2 и менее 100 ч на млн

МН1. Со дна колонны 19 к десорберу

10 пропускают 79,817 кг/ч раствора, содержащего„Ъ: Н О 77,9, МИ 17,3 и СО 4,8. Состав этой жидкости находится на той стороне граничной линии, которая соответствует смеси, богатой СО ., Всего иэ десорбера выводят

55.,889 кг/ч жидкости, которую мож- . но использовать, например, для абсорбции НИ и С02 или частично, в качестве раэбавляющей воды в зоне отделения Ñ02,. В этом десорбере осуществляют получение раствора, факти1058503

Энергия

100

0

0 5

1, 5

18

25

180

250

105

23

350 (Риз. 2

ВНИИПИ Заказ 9619/60 Тираж 471 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4 чески свободного от НН и СО4, что . обеспечивается .с помсщьв пара.

В таблице даиы относительные вЕличины энергии, которые требуются для того, чтобы отделить чистый NH>m чистую CO от смеси NH + СО + Н О . Вели- 5 чины энергии в зависимости от количества СО, вводймого вниз зоны отделения NH â Ъ от остаточной жидкой фазы,составляют,Ф:

Количество СО и воздуха, вводимых вниз зоны отделения МЙ3, первоначально были даны как относительные весовые количества. При этом было. указано, что соотнсхаение между СО и воздухом составляет от 30з70 до 70г30.

В процентах это означает, что на

100% СО используют от 43 до 233% воздуха.

Относительные количества воздуха и соответствующие количества энергии, необходимой для разделения, в случае использования 3% СО, составляют,В:

Воздух Энергия

89

85.

88