Способ выделения аммиака и углекислоты из их смеси

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕ Н ИЯИ ПАТЕНТУ Сова СоветскихСоциалистическихРеспубликта опубликования описания 30.09.81 72) Автор изобретения ИностранецАндреас Йоханнес Бирма (Нидерланды) Иностранная фирма(54) СПОСОб ВЫДЕЛЕНИЯ АММИАКА И УГЛЕКИСЛОТЫ ИЭ ИХ СМЕСИ леИзобретение относится к способу выделемня 1 практически чистого йН и СОр. Под терммном "смесь, содержащая 1 чН, и СО," подразу. мевают смесь, которая может представлять со. бой бинарную смесь ИН,/СО, газообразную смесь КНз, СО, и водяных паров, или водный раст. вор 1 чН, иСОв котором может также содержаться в растворе карбэмат аммония и/или карбонат аммония.Известно выделение аммиака н углекислотыиэ смесей аммиака, углекислоты и воды путемоттонки большей части аммиака в первой ста.дим, затем отгонкм углекислоты во второй ста.дин при повышенном давлении смеси аммиака, 1углекислоты м воды (1,По этому способу в первой стадии применя.ется давление смеси 1 - 5 атэ; углекислоту вы.деляют иэ смеси аммиака, углекислоты и воды,в которой концентрация аммиака очень мала, фрт.е, меньше чем в азеотроне аммиак/углекмсло.тэ. Образующиеся остатки продувают газом,например, метаном при общем давлении 1 эта.Это приводит к снмженмю давления смеси ивыделению аммиака и некоторой части углекис лоты; получают смесь метана, аммиака н угкислоты при общем давлении 1 ата.Для очистки газовой смеси от следов углекислоты, часть этой смеси конденсируют, чтоприводит к абсорбции углекислоты жидким эм.миаком.Наиболее близким по технической сущностии достигаемому результату является способ, покоторому газовую смесь аммиака и углекисло.ты, в которой содержание аммиака выше чемв азеотропе, абсорбируют водой или воднымраствором. При атмосферном давлении аммиакотгоняют иэ полученного водного раствора, За.тем остаток раствора подвергают дробной пере.гонке при давлении от 5 до 20 ата и нагрева.ва для отгонки углекислоты 121,Известные способы основаны на том принципе, что изменяя давление смеси аммиака, угле.кислоты и воды можно выделить аммиак приболее низком давлении, а углекислоту при более высоком. Опнмпенне между делением,смеси, т.е. суммой парционэльных давлений аммиака, углекислоты и воды в стадии удаленияаммиака и давлением смеси в стадии уделетвеяуглекислоты, должюэ составлять в обоих сио8 б 9551 4 углекислотой, Под термином "обогащенная ам. миаком смесь" понимают, что отношение аммиак/ 10 20 Цель изобретения - снижение энергозатрати упрощение способа.Поставленная цель достигается тем, что вспособе выделения аммиака и углекислоты иэ 25их смеси путем фракционной дистилляции принагревании в зоне выделения аммиака и в зоневыделения углекислоты выделение углекислотыведут в присутствии 0,2 - б.кратного количествадобавляемой воды к весу исходной смеси в зо- з 0не выделения углекислоты.По изобретению предлагается способ вьщеления практически чистого аммиака и практически чистой углекислоты из смесей аммиака иуглекислоты, причем это разделение ведут взоне выделения аммиака нагреванием и в зоневыделения углекислоты нагреванием; этот способ отличается тем, что выделение углекислотыведут в присутствии воды в количестве от 0,2до б-кратного по весу загружаемой смеси в зону выделения углекислоты, причем оптимально0,5 - 45-кратное количество Ниже 0,2-кратногопредела разделение становится возрастающе труд.пым, при этом требуется увеличение количествациркуляции и разделение чрезвычайно мало. При45более 2,5 кратных количествах возрастает тем.пература выделенной углекислоты, что приводитк усилению коррозии, а при б-кратном количестве требующееся количество энергии для уда.лешая добавленной воды становится неприемлемо большим,Следует отметить, что количество воды, до.бавляемой в зону выделения углекислоты, берется сверх того, которое содержится в исходнойсмеси, подаваемой в зону выделения углекислоты, поскольку в этой смеси может содержаться аммиак, углекислота и вода,Предлагаемый способ мсжно применять дляисходных 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 присутст. вие большого количества другого газа. Если аммиак подвергается дальнейшей переработке, на. пример, в синтезе мочевины, то его давление надо снова повысить, Для этого требуется значительный расход энергии на компримирование, 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 повышением давления аммиака до нужной величины. Бо зто также требует расхода энергии. углекислота в исходной смеси такое, что принагревании выделяется преимущественно амми.ак, а под термином "обогащенная углекислотой смесь" понимают, что отношение аммиак/утле. кислота в исходной смеси таково, что при нагревании происходит преимущественное выделе. ние углекислоты,По одному из вариантов настоящего изобретения предлагается способ, по которому исход. иая смесь является обогащенной аммиаком смесью, он заключается в:пропускании указанной смеси в зону выделе. ния аммиака, где получают газообразный аммиак в виде верхнего погона, а в качестве остатка получают постоянно кипящий раствор амми.ака и углекислоты;пропускании указанного остатка в виде исходной смеси и зону вьщеления углекислоты вприсутствии воды, где получают углекислотув виде верхнего погона, а в качестве остаткаполучают постоянно кипящий раствор аммиакаи углекислоты.По другому варианту изобретения предлагается способ, в котором смесь представляет собойобогащенную углекислотой смесь, он заключается в:подаче указанной смеси в зону выделенияуглекислоты в присутствии воды, где углекислота выделяется в качестве верхнего погона,а в виду остатка выделяется постоянно кипяший водный раствор аммиака и углекислоты;подаче указанного остатка в зону десорбции,где удаляется почти все количество аммиакаи углекислоты, в виде газовой смеси с водяными парами; иподаче этой газовой смеси в зону выделенияаммиака, где газообразный аммиак получаютв виде верхнего погона, а в качестве остаткаполучают постоянно кипящий водный раствораммиака и углекислоты,Воду можно подавать в зону выделения уг. лекислоты в одной или нескольких точках этойэоны и/или ее можно подавать частично передэтой зоной в загружаемую в эту зону смесь,Добавляемая вода может представлять собойразбавленный раствор аммиака и углекислоты,например, содержащий не менее 90 вес 2% воды.Однако это содержание зависит от давления в системе, при меньших давлениях требуется боль.шее количество воды. Предпочтительно в зоневыделения аммиака держат температуру низа 60 - 170 С и температуру верха от - 35 до +66 Са в зоне выделения углекислоты держат температуру низа 75 - 200 С и температуру верха0 - 100 С, причем температупа верха укаэанныхзон должна быть всегда ниже, чем температураниза.9551 6 5 1 О 15 20 25 30 35 40 Жидкость, выходящая из десорбера в коли. честве 108909 кг/ч, содержащая 35610 кг/ч воды, отводят возможно при охлаждении в холо дильнике 12. Эту воду можно использовать для абсорбции аммиака и углекислоты.Вверх углекислотюй ректификационной ко. лонны подают 5,959 кг/ч промьвюй воды для вымывания последних следов аммиака. С по. мощью пара температуру низа углекислотной 5 86Оптимальная величина температуры низа зоны выделения аммиака зависит от состава сме.си и давления, Однако если применяют температуру ниже 60 С илн температуру образованиятвердых продуктов реакции аммиака, углекислоты н возможно воды, или поступающее в зо.ну выделения углекислоты сырье имеет такойсостав, то не достигается оптимальное выделе.ние.В большинстве случаев температура низа эоны выделения аммиака не выше 170 С, этоделают с целью, чтобы она и температура в зоне выделения аммиака (которая всегда несколько выше) была ниже той температуры, при которой идет нежелательная коррозия. По этойже причине температура низа зоны выделенияоуглекислоты не должна превышать 200 С.Температура верха зоны выделения аммиакаопределяется, главным образом, применяемымдавлением. Температура верха зоны выделенияуглекислоты определяется конечной частотойполучаемой углекислоты,Как правило, содержание аммиака в 100 ч/млни ниже легко достигается нри температуре верха до 100 С. Температура верха обеих зон выделения определяется количеством аммиачнойфлегмы и количеством и температурой раэбавляющей и промывочной воды, соответственно.Давление в зоне выделения углекислоты лучше держать не выше чем в два раза превыша.ющее давление в зоне выделения аммиака, ещелучше если давления в обеих зонах выделенияпочти равны.Можно применять отношение давлений больше, чем 2, но это приведет к давлению, прикотором выделение аммиака станет меньшим,поэтому для снижения аммиака потребуютсябольшие капиталовложения, Это также приводитк очень высокому расходу энергии. По этойпричине предпочитают работать при указанныхмаксимальных отношениях давлений,Предлагаемый способ можно осуществлять приравных давлениях в зонах вьщеления аммиакаи углекислоты. Выгоднее применять отношениедавлений, характеризующееся небольшим коэффициентом, например, зто дает зкономию тепла 4при выделении аммиака и углекислоты, а так.же уменьшает требующуюся поверхность теплопередачи.1 в аммиачную ректификационную колонну н387 кг/ч в десорбер 3,Газовую смесь 50,4% аммиака, 17,7% углекислоты и 30,9% воды и до Г,0% других газовс температурой 162 С, которую вьводят из де.сорбера, также направляют в аммиачную ректи.фикационную колонну со скоростью 39,304 кг/ч.Из верха этой колонны выводят газовую смесь99,2% аммиака и 0,6% других газов са скоростью65,217 кг/ч. С помощью охлаждающей водычасть этой газовой смеси сжижают в холодипьни.ке 4. В аммиачную колонну направляют44,630 кг/ч флегмы в виде сжиженной смеси.Из холодильника выходит 3,474 кг/ч газовойсмеси, содержащей 88,9% аммиака я 11,1% других газов. Ее промьвают в промыватвле114,496 кг/ч воды. Тепло из промывателя 5 от.водят в циркуляционном холодильнике 6, Раствор, содержащий 38,7% аммиака н 61,3% воды,возвращают в аммиачную реактификационнуюколонну в количестве 7,335 кг/ч. Температураов верхней части этой колонны составляет 46 С,По линиям 7 и 8 друтие газы направляют в уг.лекнслоп 1 ую ректификацнонную. колонну 9 вколичестве 635 кг/ч,Из нижней части аммиачной ректыфыкацион.ной колонны отводят жидкость, содержащую25,4% аммиака, 21,0 углекислоты и 53,6% воды при температуре 131 С, по линии 10 в утлекнслотную ректификационную колонну 9 вколичестве 78,027 кг/ч.В эту колонну, давленые в которой такжесоставляет 18 ата, подают также по линии2573299 кг/ч раэбавители в виде воды, содержащей следы аммиака и углекислоты, которыйпрн выходе нэ десорбера имеет температуру206 С. Эта жидкость отдаляет часть тепла вдонной части углеккслотной ректнфикационнойколонны, остальное тепло отводят в холоднль.нике 11.П р и м е р. В оборудовании, показанномна чертеже, выделяют почти чистый аммиак ипочти чистую углекислоту из смеси аммиака,углекислоты и воды. Прн давлении 18 ата итемпературе 73 С водный раствор аммиака иуглекислоты, содержащий 33,4% аммиака, 18,2%углекислоты и 48,4% воды, подают в нижнюючасть аммиачной ректификационной колонны 1со скоростью 51,972 кг/ч. Компрессором 2 по.,дают 635 кг/ч воздуха, из них 248 кг/ч подают50 55 ректификационной колонны поддерживают при 158 С. Температура верха этой колонны составляет 35 С. Из этой колонны отбирают 10,094 кг/ч газо. вой 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 НИИПИ Заказ 8363/88 Тираж 508 ПодписноеФилиал.ППП фПатент", г.ужгород ул.Проектная,7С помощью пара в десорбере из раствора отгоняют аммиак и углекислоту, таким образом выводят 108,909 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 дистилляции8при нагревании в зоне выделения аммиака ив зоне выделения углекислоты, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат и упрощения способа, выделение углекислоты ведут в присутствии 0,2 - 6.кратного 5чколичества добавляемой воды к весу исходноисмеси в зоне выделения углекислоты,Источники информации,о принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Мо 3112177, кл. 23 - 151, 1960,2, Патент Англии йо 1129939, кл. В 1 В,1968.