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.