НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАЧНОЙ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК C01C1/00 

Изобретение относится к химической технологии и предназначено для непрерывного получения аммиачной воды из сжиженного аммиака и воды. Аммиачная вода является химическим реагентом во многих органических и неорганических синтезах, а также в больших количествах используется в сельском хозяйстве в качестве азотсодержащего удобрения.

Известен способ производства аммиачной воды, заключающийся в испарении жидкости аммиака и поглощении его в абсорбере, имеющем рецикл аммиачной воды с отводом теплоты растворения. Аммиачная вода перед подачей в хранилище охлаждается, процесс автоматически контролируется [1] Основными недостатками способа являются дополнительные энергетические затраты на испарение жидкого аммиака. Кроме того, для получения концентрированного раствора циркулирующую аммиачную воду необходимо охлаждать до минусовых температур низкотемпературным хладоносителем.

Известен способ получения аммиачной воды путем смещения жидкого аммиака без его испарения с водой в специальной системе смешения при давлении, которое превышает как давление насыщенного пара аммиака при его температуре хранения, так и давление насыщенного пара аммиака при температуре поглощающей воды [2] При температурах 15-20^oC рабочее давление превышает 1 МПа, что является основным недостатком способа. Для подачи в смеситель как воды, так и жидкого аммиака необходимо использовать соответствующие насосы, что связано с расходом электроэнергии.

Известны способ и реактор для непрерывного получения аммиачной воды [3] по которому концентрированный жидкий аммиак при температуре от -20 до +35^oC и давлении 0,14-1,55 МПа непрерывно контактирует с водой, причем аммиак впрыскивают со скоростью 0,15-12,5 м/с, а воду подают со скоростью 0,05-6,7 м/с. Контакт протекает при давлении 0,105-0,76 МПа при температуре от -5 до +85^oC [3] (прототип).

Данный способ также является энергоемким. Для проведения процесса при малом давлении 0,105 МПа необходимо поддерживать температуру -5^oC, что требует значительных затрат холода. При отводе теплоты от смешения компонентов охлаждающей водой температура процесса составит 55-85^oC, давление будет 0,44-0,76 МПа. В этом случае не требуется холод, но на привод насосов, подающих аммиак и воду в аппарат смешения, расходуется электроэнергия.

Другим недостатком данного способа является необходимость наличия дополнительного оборудования для поглощения газообразного аммиака, выделяющегося из емкостей жидкого аммиака и аммиачной воды при их заполнении.

Цель изобретения снижение энергетических затрат.

Поставленная цель достигается тем, что растворение аммиака ведут в две ступени, причем на второй ступени газообразный аммиак с первой ступени растворяют в исходной воде в изотермических условиях, а на первой ступени сжиженный или частично испаренный аммиак растворяют в адиабатических условиях в аммиачной воде, поступающей со второй ступени.

На чертеже показана принципиальная блок-схема установки получения раствора аммиака в воде по предлагаемому способу.

Блок-схема включает изотермический абсорбер 1, смеситель-сепаратор 2, холодильник 3, танк сжиженного аммиака 4 и хранилище аммиачной воды 5.

В абсорбер 1 (вторая ступень абсорбции) из смесителя-сепарартора 2 подают абсорбционную воду через расходомер и остаток аммиака в испаренном виде. Теплоту абсорбции отводят охлаждающей водой, которую пропускают через встроенные или выносные теплообменные устройства. В абсорбере 1 получают разбавленную аммиачную воду.

В сепаратор-смеситель 2 (первая ступень абсорбции) подают разбавленный раствор аммиака из абсорбера 1 и газо-жидкостную смесь аммиака из холодильника 3. При их смешении жидкий аммиак испаряется с поглощением тепла и одновременно аммиак растворяется в аммиачной воде с выделением тепла. В результате получают концентрированный водный раствор аммиака и газообразный аммиак. Газообразный аммиак подают в абсорбер 1, а концентрированный водный раствор в холодильник 3.

Заданную концентрацию аммиака в воде поддерживают путем регулирования соотношения подачи абсорбционной воды и жидкого аммиака с коррекцией по температуре аммиачной воды на выходе из смесителя-сепаратора 2.

В холодильнике 3 осуществляют теплообмен между концентрированным водным раствором и исходным сжиженным аммиаком, который подают из танка 4 через расходомер и дроссель. В нем аммиачная вода охлаждается, а часть жидкого аммиака испаряется. Из холодильника захоложенный водный раствор аммиака сливают в хранилище 5, а газо-жидкостную смесь аммиака подают в смеситель-сепаратор 2.

Газообразный аммиак, который вытесняется из танка 4 при его заполнении жидким аммиаком, направляют в смеситель-сепаратор 2 и далее в абсорбер 1, в котором он поглощается водой. Газы дыхания из хранилища водного раствора аммиака 5 подают в абсорбер 1.

Давление в смесителе-сепараторе 2 равно гидравлическому сопротивлению абсорбера 1 с газоходами и не превышает 0,05 МПа. Благодаря этому для проведения процесса не требуются насосы, газодувки. Холод, выделяющийся при испарении жидкого аммиака, полностью используется в технологическом процессе. Тепловая энергия, которая выделяется в абсорбере 1 при растворении газообразного аммиака, отводится охлаждающей водой. В результате получают аммиачную воду без затрат электроэнергии на привод насосов и без использования внешних источников холода, производство которого также является энергоемким процессом.

Преимуществом предлагаемого способа является также возможность оперативного контроля за ходом процесса, поскольку температура в смесителе-сепарарторе 2 при фиксированном давлении однозначно определяет концентрацию аммиака в полученном растворе. Охлаждение аммиачной воды в холодильнике 3 снижает давление паров аммиака над раствором, позволяет уменьшить его потери и загрязнение атмосферы при хранении и транспортировке продукта к потребителям.

Далее приводятся примеры осуществления процесса на пилотной промышленной установке, которая была спроектирована для производства 1 м³/ч 25%-ной аммиачной воды. В ходе испытаний этой установки неожиданно выявилось, что по данному способу без дополнительных энергетических затрат можно получать аммиачную воду, содержащую до 45-50% растворенного аммиака.

Пример 1. В абсорбер барботажного типа со встроенными теплообменными элементами, через которые пропускают охлаждающую воду с температурой 25-30^oC, подают 750 дм³/ч обессоленной воды и газообразный аммиак из смесителя-сепаратора. Полученную разбавленную аммиачную воду из абсорбера сливают в смеситель-сепаратор, в который через холодильник подают 400 дм³/ч жидкого аммиака. В смесителе-сепараторе поддерживают температуру 35-40^oC. Получают 24-26% -ный раствор, который в холодильнике охлаждают до температуры 20-25^oC.

Пример 2. Процесс осуществляют по примеру 1, но в абсорбер подают 250 дм³/ч обессоленной воды, в смесителе-сепараторе поддерживают температуру, близкую к 0^oC. Получают 45-50%-ный раствор, который в холодильнике охлаждают до 10^oC. Электроэнергия и холод для технологических целей не используются.

Пример 3 (сопоставительный). Процесс осуществляют на описанной выше установке, но не имеющей сепаратора-смесителя 2. При пропускании через встроенные теплообменные элементы охлаждающей воды с температурой 25-30^oC получают только 18-20%-ный аммиачный раствор. Для получения 25-35%-ного раствора через теплообменник пропускают рассол с температурой 15^oC. Расход холода превышает 0,8 ГДж на 1 т растворенного аммиака. Аммиачную воду, содержащую 45-50%-ный аммиак, получить не удалось.

Использование: изобретение относится к химической технологии и предназначено для непрерывного получения аммиачной воды из сжиженного аммиака и воды. Сущность: снижение энергетических затрат в способе достигается тем, что растворение аммиака в воде с одновременным отводом выделяющейся теплоты ведут в две ступени, при этом на второй ступени газообразный аммиак с первой ступени растворяют в исходной воде в изотермических услових, а на первой ступени сжиженный или частично испаренный аммиак растворяют в аднабатических условиях в аммиачной воде, поступающей со второй ступени. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Непрерывный способ получения аммиачной воды из сжиженного аммиака путем растворения аммиака в воде с одновременным отводом выделяющейся теплоты, отличающийся тем, что растворение аммиака ведут в две ступени, причем на второй ступени газообразный аммиак с первой ступени растворяют в исходной воде в изотермических условиях, а на первой ступени сжиженный или частично испаренный аммиак растворяют в адиабатических условиях в аммиачной воде, поступающей со второй ступени. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданную концентрацию аммиака в воде поддерживают путем регулирования соотношения подачи жидкого аммиака и воды с коррекцией по температуре аммиачной воды на выходе из первой ступени. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную аммиачную воду охлаждают в холодильнике, через который пропускают исходный сжиженный аммиак.