Способ выделения аммиака и углекислоты из их смеси Советский патент 1981 года по МПК C01C1/02 

(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АММИАКА И УГЛЕКИСЛОТЫ ИЗ ИХ СМЕСИ Изобретение относится к способу выделения ) практически чистого ЫНз и СО,. Под термином смесь, содержащая NHs и COj подразумевают смесь, которая может представлять собой бинарную смесь NHs/CO, газообразную смес ННз, СОг и водяных паров, или водный раствор NHs и COj, в котором может также содер жаться в растворе карбамат аммония и/или кар бонат аммония. Известно выделение аммиака н углекислоты из смесей аммиака, углекислоты и воды путем оттонки большей части аммиака в первой стадии, затем отгонки углекислоты во второй стадии при повышенном давлении смеси аммиака, углекислоты и воды 11. По этому способу в первой стадии применяется давлеш1е смеси 1-5 ата; углекислоту выделяют из смеси аммиака, углекислоты н воды, в которой коидеитраиня аммиака очень мала, т.е. меньше чем в азеотропе аммиак/углекнспота. Образующиеся остатки продувают газом, например, метаиом прн общем давленнн 1 ата. Это приводит к снижению давления смеси и выделению аммиака и некоторой части углекис лоты; получают смесь метана, аммиака и углекмс;юты при общем давлении 1 ата. Для owciKH газовой смеси от следов углекислоты, часть этой смеси конденсируют, что приводит к абсорбции углекислоты жндасим аммиаком. Наиболее близким по технической cyvatocm и достигаемому результату является способ, по которому газовую смесь аммиака и углекислоты, в которой содержание аммиака выше чем в азеотропе, абсорбируют водой или водным раствором. При атмосфе1Я{ом давлении шхмяак отгоняют из получй1ного водного раствора. Затем остаток раствора подвергают дро&юй перегонке при давлении от 5 до 20 ата И нш1 еваюш для отгонки углекислоты 2. Известные способы основаны на том оривцй пе, что изменяя давление смеси аммиака, утле кислоты и можно выделить аммиак при более нюком давлении, а углекислоту при более высоком. Опкшняше между давлением, смесн, т.е. суммой парциональных давлений аммиака, утекислоты и воды в стадии удаления аммиака и давлением смеси в стадии удаления углекислоты, должно составлять в обсип соо собах от 1:5 до 1:20, если разделение идет гладко. Однако, эти 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, газообразный аммиак спускают при максимальном давлении 1 ата, при этом возможно присутствие большого количества другого газа. Если аммиак подвергается дальнейшей переработке, например, в синтезе мочевины, то его давление надо снова повысить. Для этого требуется значительный расход энергии на компримиоование, кроме того, концентрация углекислоты в аммиаке должна быть низкой для предотвраще- , ПИЯ образования твердого карбамата аммония в компрессоре, и линиях высокого давления. Можно также сжи ю-гть газообразный аммиак глубоким холодом с последуюшим повышением давления аммиака до нужной величины. Но это также требует расхода энергии. Цель изобретения - с1шже Еие энергозатрат и упрощение способа. Поставленная цель достигается тем, что в способе выделения аммиака и углекислоты из их смеси путем фракционной дистиялядаи при нагревании в зоне выделения аммиака и в зоне выделения углекислоты выделение углекислоты ведут в присутствии 0,2-6-кратного количества добавляемой воды к весу исходной смеси в зо не выделения углекислоты. По изобрете1шю предлагается способ выделе1ШЯ практически чистого аммиака и практически чистой углекислоты из смесей аммиака и углекислоты, причем это разделение ведут в зоне выделе1шя аммиака нагреванием и в зоне выделения углекислоты нагреванием; этот способ отличается тем, что выделение углекислоты ведут в присутствии воды в количестве от 0,2 до 6-кратного по весу загружаемой смеси в зо ну выделения углекислоты, дричем оптимально 0,5-45-кратное количество Ниже 0,2-кратного предела разделение становится возрастаюше тру ным, при этом требуется увеличение количеств Циркуляции и разделение чрезвычайно мало. П более 2,5-кратных количествах возрастает температура выделенной углекислоты, что приводи к усилению коррозии, а при 6-кратном количестве требующееся количество энергии для уд лет1Я добавленной воды становится неприемлемо большим. Следует отметить, что количество воды, добавляемой в зону вьщеле1шя углекислоты, бер ся сверх того, которое содержится в исходной смеси, подаваемой в зону вьщеле1шя углекислоты, поскольку в этой смеси может содержат ся аммиак, углекислота и вода. Предлагаемый способ мржно применять для ИСХОД1&1Х смесей обогащенных аммиаком или 8 14 углекислотой. Под термином обогащенная аммиаком смесь понимают, что отношение аммиак/ ртлекислота в исходной смеси такое, что при нагревании выделяется преимущественно аммиак, а под термином обогащенная углекислотой смесь понимают, что отнощеиие аммиак/углекислота в исходной смеси таково, что при нагреванки происходит преимущественное выделение углекислоты. По одному из вариантов настоящего изобретения предлагается способ, по которому исходная смесь является обогащенной аммиаком смесью, он заключается в: пропускании указанной смеси в зону выделения аммиака, где получают газообразный амми- ак в виде верхнего пого-на, а в качестве остатка получают постоянно кипящий раствор аммиака и углекислоты; пропускании указанного остатка в виде исходной смеси в зону выделения углекислоты в присутствии воды, где получают углекислоту в виде верхнего погона, а в качестве остатка получают постоянно кипящий раствор аммиака и углекислоты. По другому варианту изобретения предлагается способ, в котором смесь представляет собой обогащенную углекислотой смесь, он заключается в: подаче указанной смеси в зону выделения углекислоты в присутствии воды, где углекислота выделяется в качестве верхнего погона, а в виду остатка выделяется постоянно кипящкй водный раствор аммиака и углекислоты; подаЧе указанного остатка в зону десорбции, где удаляется почти все количество аммиака и углекислоты, в виде газовой смеси с водяными парами; и подаче этой газовой смеси в зону выделения аммиака, где газообразный аммиак получают в виде верхнего погона, а в качестве остатка получают постоянно кипящий водный раствор аммиака и углекислоты. Воду можно подавать в зону выделения углекислоты в одной или нескольких точках этой зоны и/или ее можно подавать частично перед этой зоной в загружаемую в эту зону смесь. Добавляемая вода может представлять собой разбавленный раствор аммиака и углекислоты, например, содержащий не менее 90 вес.% воды. Однако это содержание зависит от давления в системе, при меньших давлениях требуется большее количество воды. Предпочтительно в зоне выделения аммиака держат температуру низа 60-170° С и температуру верха от -35 до +66° С а в зоне выделения углекислоты держат температуру низа 75-200°С и температуру верха О-100° С, причем температу{}а верха указанных зон должна быть всегда ниже, чем температура низа. 5 Оптимальная величина температуры низа зоны выделения аммиака зависит от состава смеси и давления. Однако если применяют текшературу ниже 60° С или температуру образования твердых продуктов реакции аммиака, углекислоты и возможно воды, или поступающее в зо ну выделения углекислоты сырье имеет такой состав, то не достигается оптимальное выделение. В большинстве случаев температура низа зоны выделения аммиака не выше 170° С, это делают с целью, чтобы она и температура в зоне выделения аммиака (которая всегда несколь ко выше) была ниже той температуры, при ко торой идет нежелательная коррозия. По этой же причине температура низа зоны выделения углекислоты не должна превышать . Температура верха зоны выделения аммиака определяется, главным образом, применяемым давлением. Температура верха зоны выделения углекислоты определяется конечной частотой получаемой углекислоты. Как правило, содержание аммиака в 100 ч/м и ниже легко достигается при температуре верха до 100° С. Температура верха обеих зон выделения определяется количеством аммиачной флегмы и количеством и температурой разбавляющей и промывочной воды, соответственно. Давление в зоне выделения углекислоты луч ше держать не выше чем в два раза превышающее давление в зоне выделения аммиака, еще лучше если давления в обеих зонах выделения почти равны. Можно применять отношение давлений больше, чем 2, но это приведет к давлению, при котором выделение аммиака станет меньшим, поэтому для снижения аммиака потребуются большие капиталовложения. Это также приводит к очень высокому расходу энергии. По этой причине предпочитают работать при указанных максимальных отношениях давлений. Предлагаемый способ можно осуществлять пр равных давлениях в зонах выделения аммиака и углекислоты. Выгоднее применять отношение давлений, характеризующееся небольшим коэффициентом, например, это дает экономию тепла при выделении аммиака и углекислоты, а также уменьшает требующуюся поверхность тешюпередачи. П р и м е р. В оборудовании, показанном на чертеже, выделяют почти чистый аммиак в почти чистую углекислоту из смеси аммиака, углекислоты и воды. При давлении 18 ата н температуре 73° С водный раствор аммиака н углекислоты, содержащий 33,4% аммиака, 18,2% углекислоты и 48,4% воды, подают в нижнюю часть аммиачной ректификационной колонны 1 со скоростыб 51,972 кг/ч. Компрессором 2 подают 635 кг/ч воздуха, из них 248 кг/ч подают В аммиачную ректификшшонную колонну и 387 К1/Ч в десорбер 3. . Газовую смесь 50,4% аммиака, 17,7% yineкислоты и 30,9% воды и до Г,0% других газов с температурой 162°С, которуго вьшодят из десорбера, также, направляют в аммиачную ректификационную колонну со скоростью 39,304 кг/ч. Из верха этш колонны выводят газовую смесь 99,2% аммиака и 0,6% других газов со скоростью 65,217 кг/ч. С помощью охлаждающей воды часть этой газовой смеси сжижают в холодильнике 4. В аммиачную колонну направляют 44,630 кг/ч флегмы в виде схеиженной смеси. Из холодильника выходит 3,474 кг/ч газовой смеси, содержащей 88,9% аммиака и 11,1% других газов. Ее промьтают в промывателе 114,496 кг/ч воды. Тепло из промьшателя 5 отводят в циркуляционном холодильнике 6. Раствор, содержащий 38,7% аммиака я 61,3% воды, возвращают в аммиачную реактифякационную колонну в количестве 7,335 кг/ч. Температура в верхней части этой колонны составляет 46°С. По линиям 7 и 8 другие газы направляют в углекислотную ректификационную колонну 9 в количестве 635 кг/ч. Из нижней части аммиачной ректификационной колонны отводят , содержащую 25,4% аммиака, 21,6 углекислоты и 53,6% воды при температуре 131° С, по линии 10 в углекислотную ректификационную колонну 9 в количестве 78,027 кг/ч. В эту колонну, давление в которой также составляет i8 ата, подают также по линии 2573299 кг/ч разбавители в виде воды, содержащей следы аммиака и углекислоты, который при выходе из десорбера имеет температуру 20бС. Эта жидкость отдаляет часть тепла в донной частн углеккслотной ректификационной колонны, остальное тепло отводят в холодильнике И. Жидкость, выходящая из десорбера в колиестве 108909 кг/ч, содержащая 35610 кг/ч воы, отводят возможно при охлаждении в холо нльнике 12 . Эту воду можно использовать дя абсорбции аммиака и углекислоты. Вверх углекиспотной ректификационной коонны подают 5,959 кг/ч промьганой воды дпя ымывания последних следов аммиака. С поощью пара температуру низа углекислотной ектификационной колонны поддерживают при 58° С. Температура верха этой колонны составмет 5° С. Из этой колонны отбирают 10,094 кг/ч газоой смеси, содержащей 93,7% углекислоты н ,3% других газов, кроме того в ней содерится менее 100 ч/млн, аммиака. Из низа ОЛО1ШЫ отбирают раствор, содержащий 81,9% оды, 13,4% аммиака и 4,7% воды при темпеатуре 158°С и направляют его в десорбер в оличестве 147,826 кг/ч.