Способ выделения аммиака и двуокиси углерода

СОКИ СОВЕТСНИХССВМвманаРЕСПУБЛИК 39 а) 59 С 01 С 1 02 с ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:Н ПАТЕНТУ сГОС)ЯВСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(72) Йосефус Йоханнес Петрус МарияГорден (Нидерланды)(56) 1. Патент. СИА М 3112177,кл. 23-151, 1960.2.Патент Англии 91129939,кл. В 1 В, 1968.3.Патент СССР по заявке В 2540049кл, С 01 С 1/02, 1980.(54)(57) 1. СПОСОБ ВЦЦЕЛЕНИП АММИАКАИ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА из смеси, содержащей авелиак, двуокись углерода иводу, включаинщий отделение аммиакаректификацией в зоне отделения аимиака с выводом 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 газообразндй смеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, на дно зоны отделения аммиака подают газообразную двуокись углерода из эоны отделениядвуокиси 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 щ и й с я тем, что на дно зоны отделения аммиака дополнительно подают инертный гаэ в количестве 43-233 от массы газообразной двуокиси углерода.5 Изобретение относится к способамотделения чистого Н и чистого СОиэ смеси, содержащей ЙН, СО и НОИзвестен способ отделения Н Ни СО из смеси 1 Нз, СО, и НО путем дистилляции большей части аммиака на первой стадии при давлении1-5 абс,атм. и отгонки газообразнойдвуокиси углерода на второй стадии,оставшуюся жидкость десорбируют,например, метанолом при давлении 101 абс.атм. Это приводит к понижениюдавления системы и к выделениюиэ нее аммиака и некоторого количества двуокиси углерода, так чтополучают смесь метана, аммиака и 15двуокиси углерода при общем давлении 1 абс.атм. Для того, чтобы удалить следы двуокиси углерода, содержащейся н газоной смеси, частьсмеси конденсируют, обеспечивая 2 Оусловия, при которых двуокисьуглерода абсорбируют жидким аммиаком Я .Известен способ, по которому газовую смесь аммиака и углекислоты,в которой содержание аммиака выше,чем в аэеотропе, абсорбируют водойили водным раствором. При атмосферном давлении аммиак отгоняют из по. лученного водного раствора. Затемостаток раствора подвергают дробной перегонке при давлении 5-20 атаи нагревании для отгонки кислоты 12 .Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ выделения аммиакаидвуокиси углерода иэ смесей, содержащих аммиак, двуокись углерода иводу, включающий отделение .аммиакаректификацией в зоне отделения аммиака с выводом оставшейся жидкой фазы иэ зоны отделения аммиака в зону 40отделения двуокиси углерода с выделением в этой зоне двуокиси углерода ректификацией и подачи оставшейсяжидкой фазы н зону десорбции, гдеаммиак и двуокись углерода отделяют 45в виде газообразной смеси 3,Недостатком известных способовявляется высокая энергоемкость процесса.Цель изобретения - снижение энергозатрат.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу выделенияаммиака и двуокиси углерода из смеси,содержащей аммиак, днуокись углерода и воду, включающий отделение аммиака ректификацией в зоне отделенияаммиака с выводом оставшейся жидкойфазы иэ эоны отделения, аммиака взону отделения днуокисй углерода свыделением в этой зоне газообразной 60двуокиси углерода ректификациейи 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 газообразнуюдвуокись углерода в количестве 1-20от количества оставшейся жидкойФазы, выводимой из эоны отделенияаммиакаНа дно зоны отделения аммиакадополнительно подают инертный газв количестве 43-233 от массы газообразной двуокиси углерода.На фиг.1 и 2 представлены варианты осуществления предлагаемого способа.Смесь аммиака двуокиси углеродаи воды подают по трубопроводу 1 насосом 2 в ректификационную аммиач-.ную колонну 3. Аммиак выводят изголовной части колонны 3 по трубопроводу 4. Этот аммиак можно сконденсировать посредством охлаждения, принеобходимости глубокого, н конденсаторе 5. Несконденсиронанную газообразную смесь аммиака с инертнымгаэом отводят из конденсатора. Этотинертный газ поступает иэ воздуха,вводимого на установки для пассиронания материала., из которых изготовлены емкостная аппаратура и трубопроводы, с целью уменьшения коррозиидо приемлемого уровня. С этой цельюможно испольэовать вместо воздухакислород или вещество, выделяющеекислороц. Согласно одному из вариантон осуществления предлагаемого способа, количество вводимого ноэцухасущестненно преньыает избыток,необходимый для сохранения материалов н пассиниронанном состоянии.По предлагаемому способу воздухспособствует улучшению эффективности разделения. Часть воздуха направляют и аммиачную ректификационнуюколонну 3 посредством компрессораб по трубопроводам 7 и 8, а другуючасть - по трубопроводу 9 н десорбер.10, Газообразную смесь из конденсатора б подают по линии 11 н скруббер 12, где освобождают от аммиакапутем отмывания водой, подаваемойпо трубопроводу 13. Большую частьтепла, выделяющегося во время абсорбции, удаляют путем охлаждения части полученного водиго раствора аммиака, отводимого насосом 14 в холодильник рецикла 15 и возвращаемого в скруббер 12 по трубопроводу1 б. Затем полученный раствор возвращают в аммиачную ректификационнуюколонну 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, отводятобратно по трубопроводу 22 на аммиачную ректификационную колонну дляиспользования в качестве орошающей1058503 , 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. Содерзйюмое колонны 3 можйо 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 углерода- настолько 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 газа 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. Бсли состав, данной исходной смеси будет беден в отношении аммиака, тогда исходный поток следовало бы сначала подаватьв углекислотную ректификационную(фиг.2) проводят под более высокимдавлением, чем ректификацию аммиака.Компрессор А 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 вен"тиль В, посредством которого снижается давЛение у части газообразнойсмеси, отводимой от десорбера 10.5 В данном случае, десорбционная колонна 10 действует в фактическипри том же давлении в системе, какое имеет место при ректификацииуглекислого газа. Трубопровод 82 О содержит еще редукционный вентиль В,который используют для понижениядавления у части подаваемого по нему воздуха,При осуществлении способа, осно-.ванного на разнице давления (Фиг.2),давление, при котором происходитотделение СО, в два - пять раэ превышает давление, при котором проис.ходит отделение К Н 3. При этом нетнеобходимости добавления раэбавителя в зону отделения СО, как этоделается при использовании способаразбавления.П р и м е р 1. Фактически чистый Н 3 и фактически чистый СО35 отделяют от смеси, содержащей М Н,СО и НО, в установке, структуракоторой подобна той, которая представлена на фиг,2.При давлении 180 кПа 56489 кг/ч40 раствора КН и СОу в воде, составкоторого соответствует,Ъ: М Н 3 32,8,СО 18,3 и воды 48,9, вводят в ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения й Н 3. С помо 45 щью компрессора 6 добавляют воздухсо скоростью 635 кг/ч, иэ них248 кг/ч вводят в ректификационнуюколонну 3, предназначенную для отделения ЦН 3 и 387 кг/ч - в десорбер.50 10, По линии 24 в ректификационнуюколонну 3, предназначенную для отделения ЯН, вводят СО со скоростью2000 кг/ч 27,026 кг/ч газообразнойсмеси, содержащей,%:Н 352,8; СО14 у 1; Н 10 27,7 и инертный газ 1,5,выходящей иэ десорбера 10, расширяютс помощью вентиля В и также подаютв ректификационную колонну 3, предназначенную для отделения НН,38,180 кг/ч газообразной смеси, со 60 цержащей ф НН 98 0 Н 2 О 0и инертный газ 1,7 выводят из. верхней части колонны 3. Часть этой газовой смеси сжижают путем охлажденияв конденсаторе 5, из которого65 17,924 кг/ч жидкого КН 3 возвращают1058503 в колонну 3 в качестве флегмы, а18,528 кг/ч жидкого йН выводятиз системы. 2,464 кг/ч газообразнойсмеси, содержащей 74,2 КНи 25,8инертного газа выходят иэ конденсатора 5. Эту смесь промывают водой 5в скруббере 12, причем вода подаетсясо скоростью 2200 кг/ч. Тепло, отскруббера.12 отводят через рециркуляционный конденсатор 16, За часв ректификационную колонну для отделения МНвозвращают 4029 кг раствора, состоящего из 45,4 НН 3 и 54,6Н 10. В ректификационную колонну,предназначенную для.отделения СО,пропускают 635 кг/ч инертного газапо трубопроводам 18 и 20,. Со дна ректификационной колонны3, предназначенной для отделения МНпо трубопроводу 22 и через насосВ в ректификационную колонну 19,предназначенную для отделения СОпропускают 69,180 кг/ч жидкости,состав которой соответствует 22,7КН 3 23,4 СО и 53,9 НО, В колонну19 подают по трубопроводам 26 и4 31 34,079 кг/ч воды.Газообразная смесь, выходящаяиэ верхней части ректификационнойколонны 19, предназначенной для отделения СО, со скоростью 12,337 кг/чсодержит 93,2 СО, включая приэтом менее 100 ч на млн ЯН,90.913 кг/ч раствора, содержащего78,5.Н О 17,3 ИНи 4,2 СО, про-пускают со дна колонны 19 в десорбер 10. Состав этой жидкости находится с той стороны граничной линии, которая соответствует смеси,богатой СО 2.В десорбере раствор фактическиосвобождают от Н Н и СО 2 с помощью 40пара. Всего иэ десорбера выводят,63,892 кг/ч жидкости, причем эта жид-,кость может быть использована, например, для адсорбции ЙНи СО или частично в качестве разбавляющей воды 45в зоне отделения СО 2.П р и м е р 2, фактически чистый.НН и Фактически чистый СО отделя"ют от смеси МН, СО и Н 20 в установке, имеющей структуру подобную . .50той, которая представлена на Фиг.2,в которой СО, равно как и воздух,вводят в ректификационную колоннудля отделения КН. Цифровые обозначения соответствуют тем, которыебыли описаны в отношении фиг.З,а проценты соответствуют весовым процентам.При давлении 1800 ко 51,972 кг/чраствора КНи СО в воде, имеющего.состав,%: НН 33,4 С 0218,2 и воды 6048,4, добавляют в ректификационнуюколойну 3, предназначенную для отделения НЙ, С помощью компрессора6 в систему вводят 2,387 кг/ч воздуха, иэ которых 2000 кг/ч подают в 65 бректификационную колонну 3, предназначенную для отделения й Н 3,387 кг/ч - в десорбер 10, По трубопроводу 24 в ректификационную колонну, 3, предназначенную для отделения НН, подают 2000 кг/ч СО.22928 кг/ч газообразной смеси,содержащей,%: Й И 57,7, СО 16,0,НО 26,3 и инертный газ 1,5 из десорбера 10 подвергают расширенийпосредством вентиля В и также вводятв ректификационную колонну 3, пред"назначенную для отделения И,Ну, Изверхней части этой колонны выводят32,415 кг/ч газообразной смеси, содержащей,: Н Н 398,0, НО 0,3 и инерт-ный газ 1,7. Часть этой газообразнойсмеси подвергают сжижению путемохлаждения в конденсаторе 5, из которой 15,057 кг/ч жидкого аммиакавозвращают в колонну 3 в качествефлегмы, а 17,358 кг/ч жидкого ИНЗвыводят из системы, Из конденсатора5 выходит 9,252 кг/ч остаточной несконденсированной газообразной смеси,состоящей из 74,2 МН и Н и 25,8инертного газа. Эту остаточную смесь .промывают в скруббере 12 через рециркулирующий конденсатор 15. В течение часа в ректификационную колонну для отделения йй возвращают3,829 кг раствора, содержащего 82,0МЙ и 18 НО. В ректификационнуюколонну 19, предназначенную Тчя извлечения СО, пропускают по трубопроводу .20 и через компрессор А 635 кг/чинертного газа.Со дна ректификационной колонны3,. предназначенной для отделения ЯНпо трубопроводу 22 и через насос Бпропускают в ректификационную колонну 19, предназначенную для очисткиСО 2, 62,042 кг/ч остаточной жидкойфазы, имеющей состав, ОН 22,3, СО24,6, и НО 53,1.В колойну 19 подают также потрубопроводу 26 и по трубопроводу31 20,486 кг/ч воды. Из верхней части ректификационной колонны 19,предназначенной для отделения СО,выходит газообразная смесь со скоростью 11,482 кг/ч, которая содержит 93 Р 2 СОг и менее 100 ч на млнМН 1, Со дна колонны 19 к десорберу10 пропускают 79,817 кг/ч раствора,содержащего; НО 77,9, МИ 17,3и СО 4,8. Состав этой жидкостинаходится на той стороне граничнойлинии, которая соответствует смеси,богатой СО Всего иэ десорбера выводят 55,889 кг/ч жидкости, которую можно использовать, например, для абсорбции НИи СО 2 или частично, в качестве раэбавляющей воды в зоне отделения СО. В этом десорбере осуществляют получение раствора, Факти23 30 350 аэ 9619/60 Тираж 471 Подписно ВНИИПИ Филиал ППП фПатент" чески свободного от ННи СО 4, что .обеспечивается .с помсщьв пара,В таблице даиы относительные вЕличины энергии, которые требуются для того, чтобы отделить чистый МНи чистую СОот смеси МН+ СО, + Н,О . Вели чины энергии в зависимости от количества СО, вводИмого вниз зоны отделения ЯН,вот остаточной жидкой фазы,составляют,: Количество СО и воздуха, вводимых вниз зоны отделения Ю 3, первоначально были даны как относительные весовые количества. При этом было. указано, что соотношение между СО и воздухом составляет от 30 г 70 до 70 г 30.В процентах это означает, что на 100 СО используют от 43 до 233 воздуха.Относительные количества воздуха и соответствующие количества энергии, необходнмой для разделения, в случае использования 3 СО, составляют,:Воздух Энергия 90 89 85 85.88 98 Ужгород, ул. Проектная, 4