СПОСОБ И СИСТЕМА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ АММИАКА ИЗ ПРОДУВОЧНОГО ГАЗА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ В УСТАНОВКЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ Российский патент 2022 года по МПК C07C273/16 C01C1/12 C01C1/26 B01D53/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области синтеза мочевины и в нем раскрыт способ и система, предназначенные для удаления аммиака из продувочного газа, образующегося в установке для получения мочевины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Мочевину синтезируют по реакции аммиака и диоксида углерода при высоких температуре и давлении. Обзор методик синтеза мочевины в промышленности приведен в публикации Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag.

Обычно установка для получения мочевины включает работающую при высоком давлении секцию синтеза, секцию извлечения, секцию выпаривания в вакууме и обработки водой, и секцию заключительной обработки. Секция синтеза включает реактор для синтеза мочевины и может дополнительно включать аппарат для отпаривания и аппарат для конденсации, работающие при использующемся для синтеза давлении в так называемом контуре синтеза высокого давления.

В секции синтеза получают водный раствор мочевины, содержащий непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода, который обрабатывают в секции извлечения с целью извлечения непрореагировавших реагентов в виде рециклового раствора, обычно называющегося раствором карбамата аммония, который направляют обратно в секцию синтеза. Концентрированный раствор мочевины, полученный в секции извлечения, дополнительно концентрируют в секции выпаривания в вакууме и получают расплав мочевины или высококонцентрированный раствор. В секции заключительной обработки обрабатывают указанный расплав или раствор и получают продукт - твердую мочевину в форме небольших кусочков или гранул.

Затруднением, существующим в известных установках для получения мочевины, является обработка продувочного газа. Продувочный газ извлекают, например, из одного или большего количества устройств, находящихся в любой из указанных выше секций: секции синтеза, секции извлечения и секции выпаривания в вакууме.

Извлечение потока (потоков) продувочного газа необходимо для предотвращения накапливания инертного газа, который по определению не участвует в реакциях синтеза. Кроме того, наличие инертного газ препятствует превращению реагентов в мочевину. В частности, накопление такого инертного газа сильно влияет на рабочие характеристики реактора.

Инертный газ может содержать один или большее количество следующих: азот, кислород, метан, аргон и водород, которые попадают в систему в виде примесей, содержащихся в являющемся сырьем диоксиде углерода. Инертный газ может дополнительно содержать воздух или чистый кислород, добавленные в реактор (например, добавленные к являющемуся сырьем диоксиду углерода) для пассивации.

Продувочный газ неизбежно содержит некоторое количество газообразных аммиака и диоксида углерода. Следует отметить, что в способе получения мочевины необходимо использовать некоторый избыток аммиака и аммиак является обладающим высокой летучестью соединением, которое легко попадает в отходящий газ.

Наличие диоксида углерода и аммиака в продувочном газе приводит к ряду затруднений. Во-первых, удаление таких газообразных реагентов из системы является нежелательным; во-вторых, необходимо ограничить или устранить выбросы диоксида углерода и аммиака в атмосферу. Это является особенно важным в случае аммиака, который является токсичным газом и известным источником загрязнения окружающей среды. В некоторых установках в соответствии с действующим законодательством уровень выбросов аммиака должен соответствовать строгим требованиям, например, составлять менее 100 част./млн.

Методики предшествующего уровня техники, предназначенные для регулирования уровня выбросов аммиака, включают промывку содержащего аммиак продувочного газа водой или кислотой, или сжигание продувочного газа. Однако они обладают некоторыми недостатками.

Промывка водой обладает тем недостатком, что при этом получают разбавленный водный раствор аммиака, который невозможно без ограничений выпускать в окружающую среду, и его обычно извлекают в установке для получения мочевины, например, в секции извлечения. Однако добавление дополнительного количества воды при проведении способа является нежелательным, поскольку вода смещает равновесие реакции в сторону, противоположную образованию мочевины. Кроме того, только путем промывки водой обычно невозможно обеспечить необходимое низкое содержание аммиака в газе.

Промывка кислотой является более эффективной для удаления аммиака и с ее помощью можно обеспечить остаточное содержание, составляющее 100 част./млн или менее. Однако при этом необходимо дорогостоящее оборудование и образуются большие количества водного раствора, содержащего соль аммония, такую как нитрат аммония или сульфат аммония, который каким-либо образом необходимо удалить. Непосредственное использование этого раствора возможно только в установках, предназначенных для совместного получения мочевины и нитрата (МАН) или сульфата мочевины-аммония. Если установка для получения мочевины не обеспечивает получение такого нитрата или сульфата, то затруднением является наличие побочного продукта - раствора, полученного при промывке кислотой.

При использовании технологии сжигания в поток инертного газа добавляют вспомогательное топливо, такое как метан, и его сжигают, чтобы сжечь весь аммиак. Эта технология в настоящее время является устаревшей и обладает тем недостатком, что необходимо топливо и при этом образуются оксиды азота, которые необходимо удалить в специальном модуле для удаления NO_x, который является чрезвычайно дорогостоящим.

В ЕР 0891968 раскрыт способ уменьшения выбросов остаточного свободного аммиака из установки для получения мочевины, включающий добавление диоксида углерода к расплаву мочевины.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков предшествующего уровня техники. В частности, задачей настоящего изобретения является разработка эффективной и экономичной системы, предназначенной для удаления аммиака из содержащего инертный газ продувочного газа, выходящего из установки для получения мочевины.

Эти задачи решены с помощью способа удаления аммиака из содержащего аммиак продувочного газа, выходящего из установки для получения мочевины, соответствующего формуле изобретения. Другие предпочтительные особенности настоящего изобретения приведены в прилагаемых зависимых пунктах формулы изобретения. Объектом настоящего изобретения также является система, предназначенная для поглощения аммиака, соответствующая формуле изобретения.

Способ, предлагаемый в настоящем изобретении, включает введение содержащего аммиак продувочного газа в непосредственное взаимодействие с диоксидом углерода и обеспечение охлаждения с целью получения охлажденного смешанного потока. По меньшей мере некоторое количество аммиака, содержащегося в продувочном газе, вступает в реакцию с образованием одной или большего количества солей аммония и таким образом получают многофазный смешанный поток, содержащий соли аммония.

Охлаждение обеспечивают с помощью по меньшей мере одной из следующих методик:

охлаждение содержащего аммиак продувочного газа, проводимое до взаимодействия указанным потоком с диоксида углерода, охлаждение указанного потока диоксида углерода, проводимое до взаимодействия с содержащим аммиак продувочным газом, охлаждение смеси продувочного газа и диоксида углерода.

Указанный содержащий аммиак продувочный газ может представлять собой один поток или несколько потоков, выходящих из разных секций указанной установки для получения мочевины. В предпочтительном варианте осуществления разные выходящие потоки собирают в главном коллекторе и полученный поток обрабатывают в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительно, если диоксид углерода является газообразным. Однако в некоторых вариантах осуществления диоксид углерода может находиться при низкой температуре и диоксид углерода может становиться жидким. Предпочтительно, если молярная доля жидкости в диоксиде углерода, если она содержится, составляет не более 0,1.

Температура смешанного потока, содержащего одну или большее количество указанных твердых солей аммония, предпочтительно равна ниже 10°С (283 K), более предпочтительно находится в диапазоне от 10 до -30°С (от 283 до 243 K) и более предпочтительно, если его давление равно давлению окружающей среды или выше, предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 10 бар абс, более предпочтительно от 1 до 2 бар абс.

В разных вариантах осуществления настоящего изобретения указанный смешанный поток может включать две фазы, т.е. твердое вещество и газ, или три фазы, а именно, твердое вещество, жидкость и газ. Аммиак, содержащийся в продувочном газе, отделяют в виде солей аммония, содержащихся в твердой фазе.

В первых вариантах осуществления содержащий аммиак продувочный газ вводят во взаимодействие с холодным диоксидом углерода, т.е. охлаждение обеспечено самим диоксидом углерода. Предпочтительно, если холодный диоксид углерода находится в газообразном состоянии.

Во вторых вариантах осуществления охлаждение обеспечивают с помощью дополнительной охлаждающей среды. Так, например, в предпочтительном варианте осуществления к смеси продувочного газа и диоксида углерода добавляют подходящую охлаждающую среду. Предпочтительно, если охлаждающей средой является подходящий растворитель, обладающей низкой растворяющей способностью по отношению к аммиаку и диоксиду углерода. Более предпочтительно, если растворителем является органическое масло.

В третьих вариантах осуществления содержащий аммиак продувочный газ охлаждают до его смешивания с диоксидом углерода.

Приведенные выше варианты осуществления можно объединить, т.е. для обеспечения целевой температуры можно использовать две или большее количество методик.

Настоящее изобретение относится к десублимации аммиака из газовой фазы в твердую фазу, в основном в соответствии с приведенными ниже равновесными реакциями:

в которых NH₄HCO₃ обозначает твердый бикарбонат аммония; (NH₄)₂CO₃ обозначает твердый карбонат аммония; NH₄COONH₂ обозначает карбамат аммония; (тв.) обозначает твердую и (г.) обозначает газовую фазу.

В зависимости от условий соли аммония могут находиться в гидратированной форме, связанные с одной или большим количеством молекул воды, например (NH₄)₂CO₃×2H₂O (дигидрат карбоната аммония). При извлечении продувочного газа при нормальных температуре и давлении указанная фаза продувочного газа является стабильной в газовой фазе, т.е. равновесие реакций (1) (2) и (3) сильно смещено в сторону образования продуктов, которые все находятся в газовой фазе.

Дополнительное количество диоксида углерода, который является реагентом для описанных выше реакций, определяет потребление аммиака, содержащегося продувочном газе, поскольку аммиак становится лимитирующим реагентом. Предпочтительно, если продувочный газ насыщен диоксидом углерода.

Кроме того, поскольку диоксид углерода является реагентом во всех реакциях, при равновесии он уменьшает парциальное давление газообразного аммиака. Этот эффект основан на принципе Ле Шателье, в соответствии с которым увеличение концентрации реагента (СО₂) в химической реакции увеличивает концентрацию продуктов (солей аммония) вследствие потребления сореагента (NH₃).

В первых вариантах осуществления, в которых в способе проводят охлаждение холодным диоксидом углерода, взаимодействие продувочного газа с холодным СО₂ приводит к образованию твердых солей аммония, диспергированных в газовой фазе. Газовая фаза включает инертный газ и избыток диоксида углерода.

Скорость потока и/или температуру холодного диоксида углерода регулируют для поддержания температуры смешанного потока в границах целевого диапазона, например, равной ниже 10°С (примерно 283 K) и более предпочтительно находящейся в диапазоне от 10 до -30°С (от 283 до 243 K).

Для обеспечения охлаждения холодный диоксид углерода обладает температурой, более низкой, чем температура входящего продувочного газа. В предпочтительных вариантах осуществления температура указанного холодного диоксида углерода равна -10°С (263 K) или ниже, предпочтительно находится в диапазоне от - 25 до -65°С (от 248 до 208 K).

Добавление холодного СО₂ приводит к понижению температуры, что приводит к смещению равновесия реакций (1), (2) и (3) вправо и способствует образованию твердых солей аммония. Смешанный поток, полученный после взаимодействия с холодным диоксидом углерода, представляет собой многофазный поток, содержащий газовую фазу, обедненную аммиаком и в основном состоящую из инертного газа, и твердую фазу, содержащую десублимированный аммиак.

Во вторых вариантах осуществления, в которых в способе проводят охлаждение растворителем, взаимодействие аммиака с диоксидом углерода в присутствии холодного растворителя приводит к образованию твердых солей аммония, диспергированных в растворителе.

В одном варианте осуществления диоксид углерода при температуре окружающей среды и при давлении окружающей среды смешивают с содержащим аммиак продувочным газом в аппарате для введения во взаимодействие (абсорбционный аппарат), в который впрыскивают холодное органическое масло. Аппаратом для введения во взаимодействие предпочтительно является колонна, содержащая насадку или тарелки. Таким образом получают суспензию, содержащую соли аммония, диспергированные в растворителе. Соли аммония выделяют из суспензии путем фильтрования и безопасным образом удаляют, тогда как растворитель, который сначала охлаждают в специальном теплообменнике, работающем как криостат, рециркулируют в абсорбционный аппарат.

В третьих вариантах осуществления продувочный газ подходящим образом охлаждают. Это можно осуществить, например, в подходящем теплообменнике (также называющемся криогенным теплообменником) с использованием охлаждающей среды.

Во всех вариантах осуществления настоящего изобретения количество остаточного свободного аммиака, содержащегося в газовой фазе смешанного потока, является очень малым, например, несколько частей на миллион. Твердую фазу можно отделить от смешанного потока полностью или частично в зависимости от производительности соответствующего устройства для разделения фаз. Предпочтительно, если отделяют всю или в основном всю твердую фазу.

Твердую фазу, содержащую аммиак, можно захватить с использованием недорогостоящих методик, например, с использованием фильтрующего или поглощающего устройства. Вследствие очень низкого остаточного количества свободного аммиака, содержащегося в газовой фазе, получают в основном не содержащий аммиак газ.

Другим преимуществом является то, что, в отличие от обычных систем, таких как использующие промывку, способ, предлагаемый в настоящем изобретении, можно использовать при более высоком содержании аммиака. Еще одним преимуществом является то, что поглощенный аммиак после промывки можно рециркулировать для использования в способе получения мочевины без добавления чрезмерно большого количества воды или, альтернативно, соли аммония можно отделить и выбросить в виде твердого вещества, что устраняет необходимость рециркуляции для использования в способе получения мочевины.

В установке для получения мочевины холодный СО₂ можно получить при низких затратах. Так, например, установка для получения мочевины обычно включает загрузку СО₂, который сжимают до обеспечения использующегося для синтеза давления с помощью многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением, и в некоторых вариантах осуществления диоксид углерода, предназначенный для использования в способе, предлагаемом в настоящем изобретении, отбирают на промежуточной ступени охлаждения в указанном компрессоре и расширяют до обеспечения необходимой низкой температуры. Предпочтительно, если расширение представляет собой свободное расширение без совершения работы, например, проводимое в выпускном клапане.

Предпочтительно, если расширение проводят так, чтобы избежать образования жидкого диоксида углерода или ограничить образующееся количество такой жидкости небольшим количеством.

В предпочтительном варианте осуществления вторичный поток диоксида углерода отбирают на промежуточной ступени охлаждения при давлении, равном от 65 до 85 бар, и после охлаждения расширяют до обеспечения атмосферного давления. Указанный вторичный поток диоксида обычно составляет примерно от 1 до 10%, предпочтительно от 1 до 5% от полного количества загрузки диоксида углерода.

В вариантах осуществления, в которых используют охлаждающее вещество, отличающееся от диоксида углерода, не требуется специального охлажденного потока CO₂. Эти варианты осуществления могут являться предпочтительными, когда дополнительное количество СО₂ не имеется в наличии или его по некоторым причинам неудобно использовать, например, вследствие ограниченной производительности имеющегося компрессора.

В способе, предлагаемом в настоящем изобретении, можно использовать необработанный продувочный газ, т.е. в таком виде, в котором он выходит из установки для получения мочевины. Однако способ, предлагаемый в настоящем изобретении, также можно провести после по меньшей мере одной стадии способа, предназначенной для удаления аммиака из продувочного газа. Указанной по меньшей мере одной стадией способа может являться обычная стадия, такая как процедура поглощение кислотой или сжигания. В некоторых вариантах осуществления проводят по меньшей мере одну стадию обработки продувочного газа, извлеченного из установки для получения мочевины, с удалением некоторого количества аммиака и полученный таким образом обедненный аммиаком продувочный газ обрабатывают способом, предлагаемым в настоящем изобретении, для удаления дополнительного количества аммиака.

Способ, предлагаемый в настоящем изобретении, возможно проводимый после одной или большего количества дополнительных стадий удаления аммиака, может обеспечить очень низкое остаточное содержание аммиака, таким образом обеспечивая приближение к идеальной "установке для получения мочевины с нулевым выбросом". Указанное остаточное содержание обычно составляет менее 50 част./млн и в некоторых вариантах осуществления может достигать 10 част./млн или менее.

Система, предназначенная для поглощения аммиака, предлагаемая в настоящем изобретении, включает:

устройство для смешивания, в которое подают указанный содержащий аммиак продувочный газ и поток диоксида углерода,

по меньшей мере одно охлаждающее устройство для содержащего аммиак продувочного газа, охлаждающее устройство для указанного потока диоксида углерода, устройства, предназначенные для добавления охлаждающей среды в указанное устройство для смешивания,

устройство для смешивания, обеспечивающее получение многофазного смешанного потока, содержащего твердые соли аммония, полученного в результате смешивания и охлаждения продувочного газа и диоксида углерода, и устройство для разделения фаз, в которое можно подать указанный смешанный поток и которое приспособлено для удаления указанных солей аммония из указанного смешанного потока.

Предпочтительно, если указанное устройство для смешивания включает смеситель или эжектор.

Предпочтительно, если указанное устройство для разделения фаз включает фильтрующее устройство для системы твердое вещество - газ или поглощающее устройство.

Предпочтительно, если охлаждающим устройством для содержащего аммиак продувочного газа является теплообменник, предназначенный для непрямого теплообмена с использованием охлаждающей среды.

Предпочтительно, если охлаждающим устройством для диоксида углерода является экспандер, в котором температуру понижают путем понижения давления диоксида углерода.

Настоящее изобретение также применимо для переоборудования установок для получения мочевины. В случае переоборудованной установки для получения мочевины ее производительность может быть увеличена и, соответственно, количество аммиака, выделившегося в отходящий газ, также увеличивается. Поэтому количество аммиака в отходящем газе может превышать количество, соответствующее производительности существующей предназначенной для поглощения системы, если она содержится.

Системой, предназначенной для поглощения аммиака, предлагаемой в настоящем изобретении, можно заменить существующую систему, предназначенную для поглощения, или ее можно добавить к существующей системе, чтобы обеспечить удаление увеличенного количества аммиака.

Так, например, в некоторых вариантах осуществления систему, предназначенную для поглощения аммиака, предлагаемую в настоящем изобретении, устанавливают после существующей системы, предназначенной для поглощения аммиака, это означает, что в заново установленную систему, предлагаемую в настоящем изобретении, подают обедненный аммиаком поток газа, выходящего из существующей системы.

Настоящее изобретение применимо к известным установкам для получения мочевины без наложения ограничений, например, настоящее изобретение применимо к прямоточным установкам для получения мочевины, установкам для получения мочевины с частичной рециркуляцией, установкам для получения мочевины с полной рециркуляцией, установкам для получения мочевины с отпариванием.

Преимущества станут еще более понятны при рассмотрении приведенного ниже описания, относящегося к предпочтительному варианту осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена схема установки для получения мочевины, включающей систему, предназначенную для поглощения аммиака, соответствующая первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлена схема второго варианта осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В соответствии с фиг. 1 давление загрузки диоксида углерода 1 повышают до использующегося для синтеза мочевины давления в многоступенчатом компрессоре 2 и полученный поток 3 сжатого СО₂ загружают в установку для получения мочевины 4.

Установка для получения мочевины 4 включает секцию синтеза 20, секцию извлечения 21, секцию выпаривания 22 и секцию заключительной обработки 23.

В установку для получения мочевины 4 также подают загрузку аммиака 24 и в ней получают являющуюся продуктом мочевину М. Из секции выпаривания 22 выгружают некоторое количество воды 25.

Потоки продувочного газа 5а, 5b и 5с выходят из указанных секций 20, 21 и 22 соответственно и их объединяют в поток 5. Продувочный газ 5 содержит инертные газы, такие как азот, кислород, метан, аргон и водород, и дополнительно содержит некоторое количество аммиака.

Содержащий аммиак продувочный газ 5 смешивают в смесителе 11 с холодным газообразным диоксидом углерода 26 при подходящей низкой температуре, что приводит к образованию смешанного потока 12, содержащего твердую фазу, состоящую из кристаллов солей аммония, диспергированную в газовой фазе. Указанные кристаллы образуются главным образом благодаря изменению равновесия реакций (1), (2) и (3), описанных выше, что является следствием тщательного смешивания с холодным СО₂. В некоторых вариантах осуществления поток 26 может содержать небольшое количество жидкой фракции.

Твердые соли аммония удаляют из потока 12 в поглощающем устройстве для твердого вещества 13, в которое впрыскивают чистую воду 15, предпочтительно циклически (в полунепрерывном режиме). Соли аммония растворяются в воде и выходят из поглощающего устройства 13 с водным потоком 16. Водный поток 16 можно рециркулировать в установку для получения мочевины 4, например, в секцию извлечения 21.

Газ 14, который выходит из поглощающего устройства 13, в основном не содержит аммиак. Как указано выше, только несколько частей на миллион свободного аммиака остается в смешанном потоке 12 и поэтому после удаления твердых солей аммония получают газовую фазу, практически не содержащую аммиак. Так, например, указанный газ 14 содержит менее 10 част./млн аммиака и предпочтительно примерно 5 част./млн.

Рециркуляция водного потока 16 в установку для получения мочевины является предпочтительным, поскольку при этом уменьшается полное количество чистой воды, необходимой для поглощения аммиака. Кроме того, количество воды, подаваемое в установку для получения мочевины 4, меньше, чем количество, необходимое для методики промывки водой предшествующего уровне техники. В некоторых вариантах осуществления твердые соли аммония можно выделить и безопасным образом удалить без рециркуляции для использования в способе получения мочевины.

В других вариантах осуществления поглощающее устройство 13 можно заменить другим устройством для разделения фаз, подходящим для разделения твердой фазы и газовой фазы смешанного потока 12. В некоторых вариантах осуществления указанное устройство для разделения фаз может включать фильтр.

Получение холодного диоксида углерода 26 описано ниже в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления.

Указанный холодный диоксид углерода 26 получают на промежуточной ступени охлаждения 27 в компрессоре 2. Предпочтительно, если промежуточная ступень охлаждения 27 находится между двумя последними ступенями сжатия.

Промежуточная ступень охлаждения 27 в основном включает использование охлаждающего устройства 7 и устройства для разделения фаз 8. Диоксид углерода 6, отобранный на промежуточной ступени в компрессоре 2, проходит через охлаждающее устройство 7 и затем через устройство для разделения 8.

Более значительную часть 9 диоксида углерода 28, выходящего из устройства для разделения 8, повторно направляют на следующую ступень компрессора 2. Вторичный поток 10 отделяют и расширяют до обеспечения намного более низкого давления (например, атмосферного давления) путем пропускания через выпускной клапан 29. Температура газообразного СО₂ существенно понижается благодаря свободному расширению при пропускании через выпускной клапан 29, таким образом получают холодный диоксид углерода 26.

В другом варианте осуществления вторичный поток 10 можно отделить после охлаждающего устройства 7, но до устройства для разделения фаз 8.

Предпочтительно, если клапан 29 расположен вблизи от входного отверстия смесителя 11, чтобы уменьшить вероятность образования остаточной влаги во вторичном потоке 10.

Предпочтительно, если скорость указанного вторичного потока 10 регулируют для поддержания температуры смешанного потока 12 в границах целевого диапазона. В соответствии с фиг. 1 скорость потока через клапан 29 регулируют с помощью регулятора расхода 30, датчика температуры 31 смешанного потока 12 и измерителя расхода 32 потока диоксида углерода 10.

Регулятор расхода 30 получает данные 33 и 34 от указанного датчика температуры 31 и измерителя расхода 32, соответствующие температуре потока 12 и текущей скорости потока холодного диоксида углерода, направляемого в смеситель 11. На основании этих данных регулятор расхода 30 регулирует скорость потока диоксида углерода, направляемого в смеситель 11, чтобы поддерживать температуру смешанного потока 12 в границах необходимого диапазона, подходящего для десублимации аммиака.

На фиг. 2 проиллюстрирован второй вариант осуществления настоящего изобретения.

Содержащий аммиак продувочный газ 5 и диоксид углерода 41 направляют в абсорбционный аппарат 40. Предпочтительно, если абсорбционным аппаратом 40 является насадочная колонна, снабженная подходящей насадкой 50 для усиления переноса тепла и вещества между фазами.

Диоксид углерода 41 можно отобрать из стороны всасывания компрессора 2. Диоксид углерода 41 может находиться при атмосферном давлении.

Растворитель 48 при низкой температуре (т.е. при -10°С), например, масло предназначенное для работы при низких температурах, впрыскивают в верхнюю часть абсорбционного аппарата 40, например, с помощью впрыскивающего устройства 51, и он вступает с соприкосновение со смесью продувочного газа 5 и диоксида углерода 41 в режиме встречного потока.

Аммиак, содержащийся в продувочном газе 5, и диоксид углерода 1а вступают в реакцию при низкой температуре с образованием солей аммония. Многофазный поток 42, содержащий соли аммония, диспергированные в суспензии твердое вещество - жидкость, отбирают из нижней части абсорбционного аппарата 40. Указанный многофазный поток 42 также может содержать кристаллы льда, образовавшиеся из воды, содержащейся в потоках 5 i 41.

Многофазный поток 42 с помощью подходящего насоса 52 подают в фильтрующее устройство 43, в котором соли аммония отделяют от растворителя Соли аммония содержат некоторое количество кристаллов льда, которые безопасным образом удаляют в виде потока 44.

Растворитель рециркулируют по линии 45 через теплообменник 46 и повторно получают холодный растворитель 48. В теплообменнике 46 температуру растворителя понижают с помощью подходящего охлаждающего вещества 47, полученного в криостате 49.

Как и в случае, показанном на фиг. 1, в основном не содержащий аммиак газ 14 извлекают из верхней части абсорбционного аппарата 40.

ПРИМЕРЫ

В соответствии с фиг. 1 продувочный газ 5, обладающий суммарной скоростью потока, равной 47 кмоль/ч, выходит из установки для получения мочевины, обладающей производительностью, составляющей от 1000 до 2000 МТ/С (метрических тонн в сутки). Указанный газ 5 обладает температурой, равной 30°С, давлением, равным 1 бар, и содержит 93,2 об. % инертного газа, 2,1 об. % аммиака, 0,4 об. % диоксида углерода, 4,3 об. % воды.

Поток СО₂ 28 после охлаждения находится под давлением, равным от 65 до 85 бар, и обладает температурой, равной 50°С. Поток СО₂ 10 расширяют до обеспечения атмосферного давления и получают холодный диоксид углерода 26.

После смешивания с указанным холодным диоксидом углерода 26, обладающим скоростью потока, равной 79 кмоль/ч, многофазный поток 12 обладает температурой, равной 5°С, давлением, равным 1 бар, газовая фаза содержит: 62,9% СО₂, 34,7% инертного газа, 1,6% воды и 0,8% азота, количество аммиака является пренебрежимо малым. Весь аммиак находится в твердой фазе в виде солей аммония.

В варианте осуществления, представленном на фиг. 2, скорость потока обычно является более низкой, чем в предыдущем варианте осуществления. Так, например, скорость потока диоксида углерода, равная 20 кмоль/ч, является достаточной для его добавления к продувочному газу, содержащему 2,1% аммиака и обладающему скоростью потока, равной 47 кмоль/ч.

Изобретение относится к способу удаления аммиака из содержащего аммиак продувочного газа, образующегося в установке для получения мочевины. Способ включает: a) введение указанного содержащего аммиак продувочного газа во взаимодействие с потоком диоксида углерода; b) охлаждение по меньшей мере одного из следующих: указанного содержащего аммиак продувочного газа до взаимодействия с указанным потоком диоксида углерода, указанного потока диоксида углерода до взаимодействия с содержащим аммиак продувочным газом, смеси продувочного газа и диоксида углерода, полученной на стадии введения во взаимодействие a), c) в полученной таким образом охлажденной смеси продувочного газа и диоксида углерода протекание реакции по меньшей мере некоторого количества аммиака, содержащегося в продувочном газе, с образованием одной или большего количества солей аммония и получение многофазного смешанного потока, содержащего соли аммония, и d) удаление указанных солей аммония из указанного смешанного потока. Также изобретение относится к устройству. Изобретение позволяет эффективно удалять аммиак из содержащего инертный газ продувочного газа. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ удаления аммиака из содержащего аммиак продувочного газа (5), образующегося в установке для получения мочевины (4), способ включает:

a) введение указанного содержащего аммиак продувочного газа (5) во взаимодействие с потоком диоксида углерода (26, 41);

b) охлаждение по меньшей мере одного из следующих:

указанного содержащего аммиак продувочного газа до взаимодействия с указанным потоком диоксида углерода,

указанного потока диоксида углерода до взаимодействия с содержащим аммиак продувочным газом,

смеси продувочного газа и диоксида углерода, полученной на стадии введения во взаимодействие a),

c) в полученной таким образом охлажденной смеси продувочного газа и диоксида углерода протекание реакции по меньшей мере некоторого количества аммиака, содержащегося в продувочном газе, с образованием одной или большего количества солей аммония и получение многофазного смешанного потока, содержащего соли аммония, и

d) удаление указанных солей аммония из указанного смешанного потока.

2. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере один из следующих:

продувочный газ, диоксид углерода и смесь продувочного газа и диоксида углерода, охлаждают до температуры, более низкой, чем температура входящего содержащего аммиак продувочного газа.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором указанный смешанный поток обладает температурой, равной 10 °C или ниже, предпочтительно находящейся в диапазоне от 10 до -30 °C.

4. Способ по п. 3, в котором содержащий аммиак продувочный газ вводят во взаимодействие с указанным диоксидом углерода при давлении, равном от 1 до 10 бар абс., предпочтительно равном от 1 до 2 бар абс.

5. Способ по любому из пп. 1-4, включающий охлаждение указанного диоксида углерода (26), где температура охлажденного диоксида углерода (26) равна -10 °C или ниже, предпочтительно находится в диапазоне от -25 до -65 °C.

6. Способ по п. 5, в котором охлажденный диоксид углерода получают путем: отделения вторичного газового потока (10) диоксида углерода на промежуточной ступени охлаждения (27) диоксида углерода, подаваемого в компрессор (2), включенный в указанную установку для получения мочевины, и расширения указанного вторичного потока (10) диоксида углерода с обеспечением более низкого давления с целью понижения его температуры.

7. Способ по п. 6, в котором вторичный поток (10) диоксида углерода находится под давлением, равным от 65 до 85 бар, и после промежуточного охлаждения обладает температурой, равной от 40 до 80 °C, и его расширяют до обеспечения атмосферного давления.

8. Способ по любому из пп. 4-7, в котором содержащий аммиак продувочный газ и охлажденный диоксид углерода вводят во взаимодействие в смесителе (11) или в эжекторе для газа.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором во время или после взаимодействия содержащего аммиак продувочного газа с диоксидом углерода добавляют дополнительную охлаждающую среду (48).

10. Способ по п. 9, включающий стадии: введение во взаимодействие содержащего аммиак продувочного газа с диоксидом углерода в подходящем абсорбционном аппарате (40) и впрыскивание указанной охлаждающей среды (48) в указанный абсорбционный аппарат так, что охлаждающая среда приходит в непосредственное соприкосновение с продувочным газом и диоксидом углерода.

11. Способ по п. 9 или 10, в котором охлаждающей средой является растворитель, обладающей низкой растворяющей способностью по отношению к аммиаку и диоксиду углерода, и охлаждающая среда предпочтительно обладает температурой, равной -10 °C или ниже.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный содержащий аммиак продувочный газ (5) состоит из нескольких продувочных потоков, отобранных из разных секций указанной установки для получения мочевины.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные соли аммония включают бикарбонат аммония NH₄HCO₃ и карбамат аммония NH₄COONH₂.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором соли аммония удаляют из указанного смешанного потока в фильтрующем устройстве или по методике поглощения, предпочтительно с использованием воды в качестве поглощающей среды.

15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором содержащим аммиак продувочным газом является продувочный газ, выходящий из установки для получения мочевины, или способ включает по меньшей мере одну стадию удаления аммиака из продувочного газа, проводимую до указанного введения во взаимодействия с холодным диоксидом углерода.

16. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный смешанный поток (12) содержит остаточное количество свободного газообразного аммиака, составляющее менее 10 част./млн.

17. Система поглощения аммиака для осуществления способа по п. 1, предназначенная для удаления аммиака, содержащегося в продувочном газе, образующемся в установке для получения мочевины, включающая: устройство для смешивания, в которое подают указанный содержащий аммиак продувочный газ и поток диоксида углерода, по меньшей мере одно охлаждающее устройство для содержащего аммиак продувочного газа, охлаждающее устройство для указанного потока диоксида углерода, устройства, предназначенные для добавления охлаждающей среды в указанное устройство для смешивания, устройство для смешивания, обеспечивающее получение многофазного смешанного потока, содержащего твердые соли аммония, полученного в результате смешивания и охлаждения продувочного газа и диоксида углерода, и устройство для разделения фаз, предназначенное для приема указанного смешанного потока из устройства для смешивания и приспособленное для удаления указанных солей аммония из указанного смешанного потока.