CS203901B2 - Process for the treatment of gases at the preparation of ammonia - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA (19) POPIS VYNÁLEZU K ΡΛΤΕΝΠΙ 203901 (11) (B2) •f .ifiJí.U. (22) Přihlášeno 13 11 70 (21) (PV 7673-70) ' f (51) Int. Cl.1 * 3 - C 01 C 1/04 . ,.J ,· · (32) (31) (33) Právo přednosti od 15 11 69(24469 A/69) Itálie ·λ 'j.?; č ϋ ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (40) (45) Zveřejněno 27 12 74 Vydáno 15 11 83 • f- t (72) (73) Autor vynálezua současnámajitel patentu GUADALUPI MARIO, MILÁN (Itálie) (54) Způsob zpracování plynů při syntéze amoniaku 1

Vynález se týká způsobu zpracování plynůpři syntéze amoniaku.

Oddělování nezreagovaných plynů, opouš-tějících syntézní reaktor, od amoniaku seobvykle při výrobě amoniaku provádí trakč-ní kondenzací, nejprve ve vodou chlazenémkondenzátoru a následně v jednom nebo ví-ce kondenzátorech, chlazených odpařujícímse amoniakem.

Plnění čerstvé syntézní směsi se provádíproti směru proudění plynů ve finálním kon-denzačním stupni, chlazeném odpařovanýmamoniakem, aby bylo dosaženo odstraněnívody obsažené v náplni.

Podle známého stavu techniky se za úče-liem dehydratace syntézních plynů amonia-ku (Nž -j- Hž) přidává k těmto plynům plyn-ný amoniak a směs se ochlazuje na nízkéteploty nepřímou tepelnou výměnou s ka-palinou o nízké teplotě, ochlazované chla-dicí aparaturou. Přídavek plynného amonia-ku má zabraňovat zamrzání vody, přičemžse voda z ochlazené plynné směsi odvádí veformě silného roztoku amoniaku.

Nevýhody dosavadního způsobu zpracová-ní plynů při syntéze amoniaku odstraňujetento vynález, který se týká zpracování ply-nů při syntéze amoniaku a jehož podstataspočívá v tom, že se amoniak, obsažený vplynném proudu vycházejícím ze syntézní 2 reakce, absorbuje vodou nebo zředěnýmvodným roztokem amoniaku, čímž se získároztok amoniaku obsahující více než 60hmotnostních % amoniaku, z tohoto plyn-ného proudu se potom kondenzuje voda ne-přímou tepelnou výměnou s koncovými de-hydrovanými plyny, čímž se získá konden-zát ve formě roztoku amoniaku obsahující-ho do 20 hmotnostních % amoniaku a vysu-šené plyny, načež se provádí závěrečná de-hydratace těchto plynů vstřikováním kapal-ného amoniaku, čímž se na základě adiaba-tického odpařování dokončí dehydratace,načež jsou plyny vedeny do odlučovače amo-niaku, kde se získá více než 60 hmotnost-ních % amoniaku a tyto koncové dehydra-tované plyny se následně vedou do uvedené-ho výměníku tepla. Při výhodném provedení způsobu podlevynálezu se kapalný amoniak vstřikuje vnadbytku vzhledem k odpařenému amonia-ku, přičemž se uvedený přebytek odvádí veformě roztoku amoniaku obsahujícího vícenež 60 hmotnostních % amoniaku.

Ve srovnání se známým stavem techni-ky umožňuje způsob podle vynálezu elimi-naci chladicího zařízení a tím i významnésnížení výrobních nákladů. Prací účinekvstřikovaného kapalného amoniaku rovněžznačně snižuje zbytkový obsah vody na hod-noty přibližně 2 ppm. 203901 203901

Proud plynů opouštějících syntézní reak-tor se vede po případné tepelné rekuperacia ochlazení do filmového absorbéru. V tom-to zařízení proudí proud plynů směremvzhůru v protiproudu k filmu kapalinyv tvo-řenému buď vodou, nebo slabým amonia-kálním roztokem ve vodě, který absorbujeamoniak přítomný v proudu plynů. Zaříze-ní je dále vybaveno chladícím zařízením, od-nímajícím teplo vznikající při absorpci amo-niaku.

Po mokrém čištění vykazuje plyn opouš-tějící absorbér velmi nízký obsah amoniaku(0,2 až 0,5 mol. %) a je nasycen vodou.

Za účelem zachování konstantní koncen-trace inertních plynů je po jejich vypuště-ní přidána k proudu plynů, vedených do de-hydratačního stupně, čerstvá náplň. Dehy-dratace se provádí vstřikováním kapalnéhoamoniaku do proudu plynů, kdy dochází adi-batickým odpařením amoniaku k silnému o-chlazení a kondenzaci přítomné vody. Při použití vhodného výměníku tepla me-zi vlhkým a vysušeným proudem se dosa-huje velmi nízkých saturačních teplot (—25až —30 °C) při malém množství odpařenéhoamoniaku.

Vstřikovaný amoniak je v přebytku vzhle-dem k nezbytnému množství, Tento přebytekje z reakčního cyklu odstraňován ve forměsilného roztoku amoniaku. Přebytek amonia-ku a koncentrace vypouštěného roztoku jsouregulovány tak, aby obsah vody v suchémproudu nepřevyšoval 2 až 3 ppm.

Po nástřiku amoniaku se proud vede doseparátoru, ve kterém dochází k oddělenísilného roztoku amoniaku a vysušení prou-du plynů. Vysušené plyny jsou po průcho-du tepelným výměníkem ve formě chladicí-ho média v protiproudu vzhledem k vlhkémuproudu vedeny buď do kompresoru, nebo dojiného vhodného zařízení, a jsou recyklizo-vány do syntézního reaktoru. Většina vody v uvedeném tepelném výmě-níku se odstraní ve formě slabého amonia-kálního roztoku, zbylý obsah vody se odstra-ní se silným roztokem amoniaku, vycházejí-cím ze separátoru. Tímto způsobem získaný roztok amoniakuse vede do destilační zóny, kde se amonakznámým způsobem oddělí od vody. Taktozískaný amoniak vykazuje čistotu 99,9 %.

Velmi důležitým aspektem popsanéhozpůsobu je, že se amoniak velmi rychle roz-pouští ve vodě, a čím větší je styčný povrchmezi plyny určenými ke zpracování a mezikapalným amoniakem, tím je tato rychlostvyšší. Tato skutečnost-je využita ve způsobupodle vynálezu, neboť se zkrácením dobystyku dosáhne vynikající dehydratace plynů,aniž dochází k jejich nasycení amoniakem.Z toho důvodu se vsřikování kapalného amo-niaku do proudu plynů, opouštějících syn-tézní reaktor při výrobě amoniaku, provádíve vhodném zařízení, umožňujícím velkýstyčný povrch, čímž se umožní snížení dobystyku.

Na příkladě je možno použít Venturihotrubice, kterou jsou uvedené plyny vedenya kde dochází ke značné turbulenci, kterávytváří velký styčný povrch. Kapalný amo-niak se vstřikuje do uvedeného zařízení.Zmenšení styčného povrchu v dalším cykluse dosahuje separátorem nebo jiným vhod-ným zařízením. Čím větší je styčný povrch, tím blíže byměl být separátor. Takovým způsobem sedosáhne vynikající dehydratace, aniž do-chází k nasycení plynů amoniakem, neboťzkrácená doba styku nedovoluje odpařenívelkého množství amoniaku, zatímco velkýstyčný povrch poskytuje dobrou dehydrata-ci.

Jiným důležitým aspektem tohoto vynále-zu, kdy je část nebo veškeré množství zís-kaného amoniaku využito při výrobě močo-viny, je možné použití části nebo celéhomnožství roztoku amoniaku a vody, získané-ho ve filmovém absorbéru, k absorpci kys-ličníku uhličitého, obsaženého v surovýchplynech syntézy amoniaku, vycházejících zestupně přeměny kysličníku uhelnatého. Tatoabsorpce se provádí v podmínkách výrobyuhličitanu amonného, který je následně ve-den k přeměně na močovinu, zatímco^ plynyneobsahující kysličník uhličitý jsou obecněvedeny po případném dalším známém zpra-cování k dehydrataci a k syntéze amoniaku.

Syntézní plyny amoniaku, tvořené dusí-kem a vodíkem, jsou vyráběny slabou oxi-dací uhlovodíků (to znamená rozklademvodní párou, parciální oxidací kyslíkem apodobně). Získané plyny jsou vedeny k dal-ším operacím, jako je přeměna kysličníkuuhelnatého, kysličníku uhličitého a odstra-nění zbylých sloučenin uhlíku. Výhoda vynálezu dále spočívá v tom, žeje možno vypustit dva nákladné separačnístupně užívané v moderních závodech navýrobu amoniaku, to znamená stupeň odstra-nění kysličníku uhelnatého s regenerací roz-pouštědla a stupeň odstranění amoniaku.

Ve vhodném zařízení, které umožňuje do-sažení velkého styčného povrchu mezi ply-ny a kapalinou, je tudíž možno využít čá?tnebo veškeré množství roztoku amoniaku vevodě, získaného postupem podle vynálezu, kodstranění kysličníku uhelnatého přítomné-ho v surových plynech syntézy amoniaku,přičemž se získá roztok uhličitanu amon-ného, který se následně vede k přeměně namočovinu.

Absorpce kysličníku uhličitého se výhod-ně provádí v rozmezí tlaků obvykle používa-ných při syntéze močoviny. Jak bylo uvede-no, plyny neobsahující kysličník uhelnatýjsou vedeny po provedení ostatních známýchprocesních stupňů do syntézního reaktorupro výrobu amoniaku.

Vynález bude dále popsán ve vztahu k připojenému obrázku, který neuvádí stupeň absorpce kysličníku uhličitého.

Kapaliny vytékající ze syntézního reak- toru 1 za tlaku pohybujícího se v rozmezí

Claims (2)

203901 se téměř zcela odpařil, činilo 10 665 kg/h.Vstřikovaný amoniak ochladil proud plynůz teploty —18,5 °C na —28 °C. Separátor 4 poskytoval při rovnovážnémstavu: a) 350 kg/h roztoku amoniaku o koncen-traci 90 hmotnostních %. b) 846 000 m3/h plynů, vykazujících násle-dující složení: H2 66,0 objemových % N2 22,0 objemových % CH4 7,0 objemových % Ar 3,0 objemových % NH3 2,0 objemových % HzO méně než 3 ppm Z uvedených hodnot jsou zřetelně patrnyvýhody způsobu podle vynálezu. Tyto výhody ekonomického i provozníhocharakteru vyplývají z výborné absorpce a- moniaku ve filmovém absorbéru. Absorpceje příznivě ovlivněna chladicím prostřed-kem, využitým v uvedených zařízeních, kterýodvádí teplo vyvíjené během absorpce. Výhody vyplývající z nového způsobu su-šení recyklizovaných plynů a čerstvé nápl-ně jsou rovněž zřejmé. Nový způsob umož-ňuje při použití velmi jednoduchéhoi zaříze-ní dosáhnout velmi dobrého vysušení a sou-časně velmi dobré tepelné účinnosti. Je rovněž nutno zdůraznit, že způsob po-dle vynálezu může být částečně použít vběžných postupech pro výrobu amoniakuvzhledem k tomu, že buď pouze absorpčnístupeň s filmovým absorbérem, nebo pouzestupeň dehydratace pro recyklizované ply-ny a čerstvě přiváděnou plynnou směs sprudkým ochlazením amoniakem a výmě-níkem tepla může být využit v provozechspolečně s dalšími částmi o sobě známéhozpůsobu a zařízení na výrobu amoniaku. PREDMĚT

1. Způsob zpracování plynů při syntéze a-moniaku, vyznačený tím, že se amoniak, ob-sažený v plynném proudu vycházejícím zesyntézního reaktoru, absorbuje vodou nebozředěným vodným amoniakálním roztokem,čímž se získá roztok amoniaku obsahující ví-ce než 60 hmotnostních % amoniaku, z to-hoto plynného proudu se potom kondenzu-je voda nepřímou tepelnou výměnou s kon-covými dehydratovanými plyny, čímž se zís-ká kondenzát ve formě roztoku amoniakuobsahujícího do 20 hmotnostních % amo-niaku a vysušené plyny, načež se provádí zá-věrečná dehydratace těchto plynů vstřiko- YNÁLEZU váním kapalného amoniaku, čímž se na zá-kladě adiabatického odpařování dokončídehydratace, načež jsou plyny vedeny doodlučovače roztoku amoniaku, kde se zís-ká více než 60 hmotnostních % amoniaku,a tyto koncové dehydratované plyny se ná-sledně vedou do uvedeného výměníku tepla.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, žekapalný amoniak je vstřikován v nadbytkuvzhledem k odpařovanému amoniaku, při-čemž se uvedený přebytek odvádí ve forměroztoku amoniaku obsahujícího více než 60hmotnostních % amoniaku. 1 Uet výkresů saverografia, n, p., závod 7, Most 203901 od 8 do 18 MPa se vedou po případné tepel-né regeneraci a ochlazení (není zakresle-no) potrubím 6 do filmového absorbéru 2,ve kterém se proud plynů vede vnitřnímivertikálními trubkami proti proudu filmukapaliny, proudícího směrem dolů po vnitř-ním povrchu trubek a absorbujícího amo-niak přítomný v plynech. Uvedená kapalina může být tvořena buďvodou, nebo slabým roztokem amoniaku a dofilmového absorbéru 2 se přivádí potrubím 10. Teplo vytvářené absorpcí amoniaku seodvádí vodou tekoucí vně trubek, to zname-ná na plášťové straně, přičemž se voda při-vádí potrubím 11 a odvádí potrubím 12. Silný roztok amoniaku se odvádí potrubím7 ze dna filmového absorbéru 2 a z jehopovrchu je potrubím 8 odváděn proud plynůs velmi nízkým obsahem amoniaku, to zna-mená 0,2 až 0,5 mol. %, prakticky nasycenývodou. Po odstranění inertních plynů po-trubím 9 se přivádí potrubím 12 čerstvá ná-plň. Výsledný proud plynů se přivádí potrubím14 do tepelného výměníku 3, ve kterém seuvolňuje většina obsahu tepla do ochlaze-ných vysušených plynů, přiváděných potru-bím 18 ze separátoru 4. Uvedený chladicí účinek způsobuje kon-denzaci většiny vody obsažené v reakčníchplynech, přičemž se ze dna výměníku 3 od-vádí potrubím 15 slabý roztok amoniaku. Sušení je dokončeno nástřikem kapalné-ho amoniaku do plynů přiváděných z výmě-níku 3 potrubím 17, přičemž roztok amonia-ku způsobuje adiabatickým odpařením doproudu plynů jeho ochlazení a následně kon-denzaci obsažené vody. Kapalný amoniak jedo potrubí 17 přiváděn potrubím 16. Výsledná směs vstupuje do separátoru 4,silný proud amoniaku se odvádí ze dna se-parátoru potrubím 19, vysušený proud ply-nů opouští separátor potrubím 18, přičemžjeho obsah vody nepřevyšuje 2 až 3 ppm aje veden ve formě chladicí kapaliny do vý-měníku tepla 3; plyny jsou následně vedenypotrubím 20 a 21 do kompresoru 5, který jerecyklizuje do syntézního reaktoru 1. Následující příklad slouží k bližšímu do-kreslení vynálezu, aniž jeho podstatu ně-jak omezuje. Po ochlazení uvedeného proudu na 40 °Cbyl proud veden do filmového absorbéru 2do prostoru jeho dna. K vrcholu absorbéru byl potrubím 10 ve-den roztok amoniaku o koncentraci 10 hmot-nostních °/o, v množství 48 969 kg/h). Absorbér 2 opouštěl potrubím 7 roztok a-moniaku o koncentraci 60 hmotnostních %a v množství 108 865 kg/h a potrubím 8701190 m3/h) promytých plynů. Uvedené plyny vykazují při teplotě 45 °Cnásledující složení, vztažené na suchou bázi: H2 65,59 objemových N2 21,90 objemových CH4 8,40 objemových Ar 3,61 objemových NH3 0,50 objemových Saturační voda 525 kg/h. 10 900 m3/h uvedených plynů bylo odvá- děno potrubím 9. Čerstvá směs, přiváděná potrubím 13, vy-kazovala následující vlastnosti: Rychlost proudění 142 170 m3/h. Složení: H2 74,17 objemových N2 24,92 objemových CH4 0,82 objemových Ar 0,29 objemových Saturační voda z potrubí 11 60 kg/h.Uvedené dva proudy byly smíšeny před přivedením do výměníku 3, přičemž spoje-ný proud vykazoval následující charakteris-tiky: Rychlost proudění 832 460 m3/h. Tlak 12,2 MPa Teplota 44 °C složení (na suché bázi) H2 68,08 objemových N2 22,35 objemových CH4 7,12 objemových Ar 3,04 objemových NH3 0,41 objemových % % % % % Saturační voda 607 kg/h. Proud vycházející z výměníku vykazovalnásledující charakteristiky: Příklad Příklad se týká závodu na syntézu amo-niaku s denní produkcí 1 200 tun amonia- ku. a) Plyn teplota —18,5 °C Syntézní reaktor opouští v množství obsah vody 35 kg/h. 780 930 m3/h proud, vykazující při tlaku 12,5 MPa následující složení: b) Roztok amoniaku h2 58,99 objemových % rychlost proudění 818 kg/h N2 19,68 objemových % obsah amoniaku 30 hmotnostních % CH4 7,58 objemových % obsah vody 70 hmotnostních % Ar 3,25 objemových % NH3 10,50 objemových % Množství vstřikovaného amoniaku, který