CS213330B2 - Method of separating the ammonia and carbon dioxide from the mixture containing the ammonia and carbon dioxide - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu oddělování čpavku a kysličníku uhličitého ze směsi obsahující čpavek a kysličník uhličitý. Směsí obsahující čpavek a kysličník uhličitý se rozumí binární směs čpavku a kysličníku uhličitého, plynná směs čpavku, kysličníku uhličitého a vodní páry nebo vodný roztok čpavek a kysličníku uhličitého, obsahující popřípadě v roztoku karbamát amonný a/nebo uhličitan amonný.

Při některých chemických postupech se získávají plynné směsi čpavku a kysličníku uhličitého jako vedlejší produkty. Například při synthéze melaminu z močoviny se získá plynná směs, která kromě melaminu obsahuje čpavek a kysličník uhličitý v hmotnostním poměru alespoň 1,7 tun na 1 tunu melaminu. Aby bylo po oddělení melaminu možno znovu použít čpavku a kysličníku uhličitého, například pro synthézu močoviny, je ve většině případů nutné zvýšit tlak plynů. Stlačení směsi vyžaduje zvláštních opatření, aby se zabránilo kondenzaci čpavku a kysličníku uhličitého a usazování vytvořeného karbamátu, takže se plynná směs obyčejně absorbuje ve vodě nebo ve vodném roztoku, čímž vzniká roztok karbamátu amonného, který se může použít pro synthézu močoviny, když se popřípadě dříve podrobí desorpci a opakované absorpci za vysokého tlaku, takže se koncentrace roztoku zvýší.

Nevýhodou tohoto postupu je, že voda, recyklovaná spolu se čpavkem a kysličníkem uhličitým, má nepříznivý vliv na výrobu močoviny z čpavku a kysličníku uhličitého.

Neučiní-li se zvláštní opatření, není možn odděleně odstranit veškerý čpavek a kysličník uhličitý ze směsi, a to proto, že binární soustava čpavek/kysličník uhličitý a ternární soustavy s vodou tvoří azeotropní směsi.

Byly navrženy různé postupy, aby nebylo při výrobě močoviny nutno recyklovat nepřiměřené množství vody společně s recyklovaným čpavkem, kteréžto způsoby všechny spočívají v rozdělení směsí čpavek/ /kysličník uhličitý na složky. Tyto způsoby zahrnují selektivní absorpci jedné nebo druhé složky ve vodném roztoku. Při jednom z těchto postupů se čpavek absorbuje ve vodném roztoku amonné soli silné kyseliny (například dusičnanu amonného) za vyššího tlaku. Při jiném známém postupu se selektivně absorbuje kysličník uhličitý promýváním plynné směsi vodným roztokem alkanolaminu, například monoethanolaminu. (Jednou z nevýhod těchto postupů je okolnost, že absorbovaná složka se mu sí následně odstranit z absorpčního činidla a musí se přečistit.

Dále bylo navrženo oddělovat čpavek a kysličník uhličitý ze směsí čpavku, kysličníku uhličitého a vody oddestilováním většiny čpavku v prvním stupni s následným oddestilováním kysličníku uhličitého ve druhém stupni za vyššího tlaku soustavy čpavek/kysličník uhličltý/voda.

Tyto postupy jsou popsány v patentovém spisu USA č. 3 112 177 a v britském patentovém spisu č. 1 129 939.

V uvedeném patentovém spisu USA se popisuje postup, při němž se v prvním stupni, který se provádí za tlaku v rozmezí 0,1 až 0,5 MPa, odděluje kysličník uhličitý ze směsi čpavku, kysličníku uhličitého a vody, která má poměrně nízký obsah čpavku, tj. . nižší než azeotropní směs čpavek/ /kysličník - uhličitý. Z kapalných zbytků se proháněním plynu, například methanu, při celkovém tlaku 0,1 MPa vyžene čpavek a část kysličníku uhličitého a sníží se tlak v soustavě; získá se tak směs metanu, čpavku a kysličníku uhličitého o celkovém tlaku 0,1 - MPa. K odstranění stop kysličníku uhličitého, obsažených v plynné směsi, se část směsi kondenzuje, což způsobí, že se _ kysličník uhličitý absorbuje zkapalněným čpavkem.

Podobný způsob je popsán v britském patentovém spisu č. 1 129 934. Podle tohoto patentu se ' plynná směs sestávající ze čpavku a kysličníku uhličitého, s vyšším obsahem čpavku, než je v azeotropní směsi, absorbuje ve vodě nebo ve vodném roztoku. Při atmosférickém tlaku se ze vzniklého vodného roztoku oddestiluje čpavek. Zbylý roztok _ se pak podrobí - frakční destilaci při - tlaku v ' rozmezí 0,5 až 2,0 MPa a kysličník uhličitý se odstraní zahříváním.

Podstata těchto dvou způsobů spočívá v tom, že . změnou tlaku v soustavě čpavek, kysličník uhličitý a voda je možno čpavek oddělit -při nižším tlaku a kysličník uhličitý -- při vyšším tlaku. ' Poměr tlaku v soustavě, tj. součtu parciálních tlaků čpavku, kysličníku uhličitého a vody ve stupni, v němž se . · · odstraňuje čpavek, k tlaku ve stupni, v němž se odstraňuje kysličník uhličitý, musí u ·. obou · těchto způsobů být v - rozmezí 1 : 5 až 1 : 20, má-li oddělování probíhat hladce.

Nevýhodou těchto způsobů je, že přichází-li ke zpracování určená směs s tlakem vyšším než 0,1 MPa, musí se nejdříve expandovat na tlak 0,1 MPa. Nadto se pak uvolňuje plynný čpavek, mající maximální tlak 0,1 MPa, - a popřípadě je rovněž přítomno velké -množství jiného plynu. Jestliže se tento čpavek má dále zpracovat, například k- výrobě močoviny, musí se jeho tlak zvýšit. K tomu je zapotřebí vynaložit značnou energii a kromě toho se koncentrace kysličníku uhličitého v čpavku musí udržovat nízká, aby se zabránilo tvorbě tuhého karbamátu - amonného- v kompresoru a vysokotlakém potrubí. Jinou možností je, plynný čpavek zkapalnit hlubokým ochlazením s následným zvýšením tlaku čpavku na požadovanou hodnotu, což rovněž vyžaduje vynaložení energie.

Vynález skýtá jednoduchý a oproti dosavadním způsobům méně nákladný způsob oddělování prakticky čistého čpavku a prakticky čistého kysličníku uhličitého ze směsí čpavku, kysličníku uhličitého a popřípadě vody v oddělených dělicích stupních.

Překvapivě bylo zjištěno, že je- možno odděleně získávat čpavek a kysličník uhličitý z těchto směsí bez výše uvedených problémů, jestliže se směs, uváděná do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého, zředí vodou v hmotnostním - množství, rovnajícím se 0,2 až 6tinásobku hmotnostního množství nástřiku do této zóny.

Podstata způsobu oddělení čpavku a kysličníku uhličitého ze směsi obsahující čpavek a kysličník uhličitý, které se provádí - v zóně pro oddělování čpavku působením tepla a v zóně pro oddělování kysličníku uhličitého rovněž působením tepla, v případě, že jde o směs bohatou čpavkem, vede se tato směs do zóny pro oddělování čpavku, z níž se horem odvádí vypuzený plynný čpavek a spodem -se odvádí konstantně vroucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého, který se přivádí jako nástřik do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého, z níž se horem získává kysličník uhličitý a spodem se odvádí konstantně vroucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého, a v případě, že jde o směs bohatou kysličníkem uhličitým, se tato směs vede do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého, z níž se horem odvádí vypuzený kysličník uhličitý a - spodem - se - odvádí konstantně vroucí roztok čpavku- a kysličníku uhličitého, kterýžto - vodný - roztok'- - - - se vede do desorpční zóny, - v níž se z- - něho odstraní prakticky veškerý - čpavek a kysličník - uhličitý v podobě plynné směsi - - s vodní párou, kterážto plynná směs se - pak vede do uvedené zóny pro oddělování -čpavku, z níž se horem odvádí vypuzený plynný čpavek a spodem se odvádí konstantně vroucí vodný - roztok čpavku a kysličníku uhličitého, podle vynálezu - spočívá v tom, že se oddělování kysličníku uhličitého provádí v přítomnosti vody nebo vodného roztoku uvedených složek, přidané resp. přidaného v hmotnostním množství rovnajícím se 0,2 až 6tinásobku hmotnostního množství nástřiku do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého.

Obzvláště výhodné je přidávat vodu do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého v hmotnostním množství, odpovídajícím - 0,5 až 2,5násobku hmotnostního množství nástřiku do této zóny, čímž se dosáhne oddělení s optimálním účinkem. Pod tímto rozmezím - je oddělení neobyčejně obtížné a - při zvyšujícím se množství požadovaného recyklu, a při nižším množství, než odpovídá

0,2násobku, je oddělení velmi malé. Nad hodnotou 2,5násobku se teplota, při níž se kysličník uhličitý oddělí, zvyšuje, čímž též vzrůstá nebezpečí koroze; při použití množství vody, jež je vyšší než 6tinásobek hmotnostního množství nástřiku, se množství energie, potřebné k odstranění přidané vody, stává nepřijatelně vysoké.

Je třeba zdůraznit, že množství vody, přidané podle vynálezu do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého, představuje další vodu k případně v nástřiku do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého obsažené vodě, kterýžto nástřik sestává ze čpavku, kysličníku uhličitého a vody.

Výhody způsobu podle vynálezu oproti dosavadním způsobům byly již zmíněny při popisu ' dosavadního stavu techniky ve srovnání se známými způsoby. Nejdůležitější výhodou způsobu podle vynálezu, je, že při stejném stupni čistoty jednotlivých získaných složek vyžaduje způsob podle vynálezu méně energie než dosavadní známé způsoby.

Způsobem podle vynálezu je možno zpracovat výchozí směsi, které jsou bohaté čpavkem nebo kysličníkem uhličitým. Výrazem „směs bohatá čpavkem” se rozumí, že ve výchozí směsi je poměr čpavek/kysličník uhličitý takový, že se účinkem tepla přednostně uvolňuje čpavek, a výrazem „směs bohatá kysličníkem uhličitým” se označuje taková směs, u níž je poměr čpavek/kysličník uhličitý takový, že se účinkem tepla přednostně uvolňuje kysličník uhličitý.

Jedno provedení vynálezu se týká způsobu, při němž se zpracuje výchozí směs bohatá čpavkem:

a) Tato směs se vede do zóny pro oddělování čpavku, z níž· se horem odvádí vypuzený plynný čpavek a spodem se odvádí konstantně v-roucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého;

bJ · tento vodný roztok se přivádí jako nástřik do zóny pro · oddělování kysličníku uhličitého v přítomnosti vody podle vynálezu, z kteréžto zóny se horem odvádí kysličník uhličitý a spodem se získává konstantně vroucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého.

Podle jiného provedení vynálezu se použije směsi bohaté kysličníkem uhličitým, který se

a) vede do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého v přítomnosti vody podle vynálezu, z kteréžto zóny se horem odvádí vypuzený kysličník uhličitý a spodem se odvádí konstantně vroucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého,

b) tento roztok se vede do desorpční zóny, v níž se z něho odstraní prakticky veškerý čpavek a kysličník uhličitý v podobě plyne směsi s vodní párou, cj tato plynná směs se pak vede do uvedené zóny pro oddělování čpavku, z níž se horem odvádí vypuzený plynný čpavek a spodem se odvádí konstantně vroucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého.

Podle vynálezu se voda vhodně přidává do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého v jednom nebo několika místech a/nebo se může přidávat alespoň zčásti do nástřiku do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého před vstupem do této zóny. Přidaná voda může být v podobě zředěného roztoku čpavku a kysličníku uhličitého, obsahujícího vodu v hmotnostním množství alespoň 90 %.

Toto procento závisí na tlaku v soustavě. Při nízkých tlacích se vyžaduje vyšší procento vody. V zóně pro oddělování čpavku se v dolní části kolony udržuje teplota s výhodou v rozmezí 60° až 170· °C a v horní části kolony v rozmezí —35° až +66 stupňů Celsia. V zóně pro oddělování kysličníku uhličitého se v dolní části kolony udržuje teplota v rozmezí 75° až 200 “C a v horní části kolony v rozmezí 0° až 100 °C; teplota v horní části kolony je v těchto zónách nižší než teplota v dolní části kolony.

Optimální hodnota teploty v dolní části kolony v zóně pro oddělování čpavku závisí na složení nástřiku a na · tlaku. Jestliže se však použije · teploty nižší než 60 °C, buď vzniknou tuhé reakční produkty čpavku, kysličníku uhličitého a popřípadě vody, nebo bude nástřik do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého mít takové složení, že se · nedosáhne optimálního oddělení kysličníku uhličitého.

Ve většině případů není teplota v dolní části kolony v zóně pro oddělování čpavku vyšší než 170 · °C, aby teplota v · zóně · pro oddělování kysličníku uhličitého [která je vždy poněkud vyšší] byla nižší,· než teplota, při níž · by mohlo -dojít k nadměrné korozi. Ze stejného důvodu je výhodné, když teplota v dolní části kolony v zóně pro oddělování- kysličníku uhličitého není vyšší než 200 °C.

Teplota v horní části kolony v zóně pro oddělování čpavku je určena především použitým tlakem. Teplota v horní části kolony v zóně pro oddělování kysličníku uhličitého určuje výslednou čistotu získaného kysličníku uhličitého.

Zpravidla se získá kysličník uhličitý s obsahem čpavku nanejvýš 100 ppm, je-li v horní části kolony teplota do 100 °C.

Teploty v horních částech obou zón jsou určeny množstvím případného čpavuk v refluxu a množstvím a teplotou použité ředicí a prací vody.

Je výhodné, když tlak v zóně pro oddělování kysličníku uhličitého nepřestoupí dvojnásobek tlaku v zóně pro oddělování čpavku, přičemž však je nevýhodnější, když tlaky v obou oddělovacích zónách jsou prakticky stejné.

Je možno pracovat s poměrem tlaků vyšším než dvojnásobek, což však bude mít za následek, že tlak, při němž se uvolňuje čpa vek, bude nižší, takže bude zapotřebí vyšších investičních nákladů pro zkapalnění čpavku, a rovněž spotřeba energie bude příliš vysoká. Z těchto důvodu se nedoporučuje používat vyšších tlaků, než jsou výše uvedená maxima.

Způsob podle vynálezu může být úspěšně prováděn při tlaku stejném v obou oddělovacích zónách. Může však být výhodné, použít tlaků, které se liší o poměrně malou hodnotu, například s ohledem na tepelnou ekonomii při získávání čpavku a kysličníku uhličitého a s ohledem na nutné rozměry ploch pro přestup tepla.

Obecně platí, že absolutní hodnota tlaku, při němž se provádí oddělování, je určena tlakem, při němž se získaný čpavek má používat. Obyčejně se používají tlaky v rozmezí 0,1 až 5 MPa. Výhodně se v zóně pro oddělování čpavku používá tlak v rozmezí 0,5 až 2,5 MPa, zejména v rozmezí 1,5 až do 2,2 MPa. Je obzvláště výhodné používat tlaků, při nichž získaný plynný čpavek může být zkapalněn, pomocí chladicí vody, takže se čpavek může dopravovat pomocí čerpadla a odpadá nákladné stlačování.

Je třeba poznamenat, že u způsobu popsaného v britském patentovém spisu č. 1 129 939 se kysličník uhličitý promývá ve věžové pračce vodou k odstranění posledních stop čpavku, aby se zabránilo vyhrnování tuhých látek, které by měly nepříznivý vliv na postup. Tím vzniká roztok čpavku ve- vodě, který se vede do destilační kolony k vypuzení kysličníku uhličitého. Při tomto postupu se používá velmi malého množství vody, které nepostačuje k tomu, aby se dosáhlo technického účinku podle tohoto vynálezu.

Vynález je v dalším podrobně popsán a blíže objasněn s přihlédnutím k přiloženým výkresům.

Obr. 1 schematicky znázorňuje způsob podle vynálezu, při němž se v zónách pro oddělování čpavku a kysličníku uhličitého pracuje s - prakticky stejným tlakem, vhodným k oddělení čpavku a kysličníku uhličitého ze směsí bohatých čpavkem.

Obr. 2 znázorňuje schematicky způsob podle obr. 1, avšak zóny pro oddělování čpavku a kysličníku uhličitého pracují při rozdílných tlacích.

Obr. 3 znázorňuje schematicky způsob podle vynálezu, jímž se mohou oddělovat jednotlivé složky ze směsí čpavku, kysličníku uhličitého a popřípadě vody, které jsou bohaté kysličníkem uhličitým.

Obr. 4 znázorňuje schematicky způsob podle vynálezu, vhodný k oddělování čpavku a kysličníku uhličitého ze zředěných roztoků.

Podle obr. 1 se směs čpavku, kysličníku uhličitého a vody, bohatá čpavkem, přivádí bud v podobě vodného roztoku, nebo plynné směsi potrubím 1 a čerpadlem 2 do zóny pro oddělování čpavku, vytvořené jako čpavková rektifikační kolona 3.

Z hlavy kolony 3 se vypuzený plynný čpavek odvádí potrubím 4 a kondenzuje se chlazením v kondenzátoru 5. Nezkondenzovaná směs čpavku s jinými plyny se odvádí horem z kondenzátoru 5. Jinými plyny jsou vzduch, kyslík nebo pocházejí z činidla uvolňujícího kyslík, přidaného do zařízení jako pasivační činidlo k zabránění korozi materiálu, z něhož je zařízení vyrobeno. Část pasivačního plynu se přivádí přes kompresor 6 potrubím 7, 8 do čpavkové rektifikační kolony 3, část potrubí 9 do desorpční kolony 10.

Z horní frakce opouštějící kondenzátor 5 potrubím 36 se odděluje čpavek promýváním v pračce 11 vodou, přiváděnou potrubím 34, čímž vznikne roztok čpavku, který se čerpá čerpadlem 12 do oběhového chladiče 13.

Část tohoto roztoku se znovu použije v pračce 11, do níž se přivádí potrubím - 14, a část se vrací potrubím 15 do čpavkové rektifikační kolony 3, popřípadě po snížení tlaku.

Ostatní plyny oddělené v pračce 11 se odvádějí potrubím 16 . a popřípadě zcela nebo částečně - vypouštějí potrubím 19 do atmosféry a/nebo se odvádějí potrubím 17 do rektifikační kolony 18 pro oddělování kysličníku uhličitého.

Část čpavku, zkapalněného v kondenzátoru 5, se vrací potrubím 20 do čpavkové rektifikační kolony 3 jako reflux. Zbylý zkapalněný čpavek se vypouští potrubím 37. Teplo, potřebné pro rektifikaci, se dodává do dolní části kolony parním hadem 35.

Z dolní části čpavkové rektifikační - kolony 3 se odvádí roztok čpavku a kysličníku uhličitého ve vodě potrubím 21 do rektifikační· kolony 18 - pro oddělování kysličníku uhličitého. Rektifikační kolona 18 pracuje při prakticky stejném tlaku jako čpavkpvá rektifikační kolona 3. Zbytky z desorpční kolony 10 jsou odváděny přes čerpadlo 22 potrubím 23 do rektifikační kolony 18 - jako ředidlo. Ke zlepšení rozvodu tepla -vydává tento kapalný proud část svého tepla nejprve v dolní části rektifikační kolony 18 a v chladiči 26; zbytek tepla, potřebného k rektifikaci v koloně 18, se dodává pomocí topných hadů 24, obsahujících například páru.

Část kapalného proudu z potrubí 23 se vede potrubím 25 chlazeným vodou do chladiče 27 a vypouští se potrubím 28. Do rektifikační kolony 18 se potrubím 29 přivádí prací voda, aby se odstranilo co možná nejvíce čpavku z kysličníku uhličitého.

Frakcí, odcházející potrubím 30 horem z rektifikační kolony 18, je plyn, sestávající z kysličníku uhličitého a popřípadě jiných plynů, jak bylo výše uvedeno; neobsahuje prakticky žádný čpavek.

Proud, odcházející spodem z rektifikační kolony 18, je zředěným roztokem - čpavku a kysličníku uhličitého ve vodé; odvádí se potrubím 31 do desorpční kolony 10, v . níž se téměř všechen čpavek a kysličník uhličitý vypudí zahříváním, například párou dodávanou topnými hady 32.

Kapalina, zbavená téměř veškerého čpavku a kysličníku uhličitého, se odvádí potrubím 23 do· rektifikační kolony 18, . a plynná směs čpavku, kysličníku uhličitého a vody, vzniklá v desorpční koloně 10, odchází potrubím 33 do čpavkové rektifikační kolony 3.

Obr. 2, kde jsou zařízení, shodná se zařízeními na obr. 1, označena stejnými vztahovými značkami, znázorňuje rektifikační kolonu 18 pro oddělování kysličníku uhličitého, která pracuje při tlaku vyšším, než je tlak ve čpavkové rektifikační koloně 3. V potrubí 17, popřípadě v potrubí 21 je umístěn kompresor A a čerpadlo B pro zvýšení tlaku plynu a kapalných proudů. Do potrubí 31 je vestavěn redukční ventil C, v němž se snižuje tlak kapalného proudu, odváděného spodem z rektifikační kolony 18. Desorpční kolona 10 pracuje při tlaku, který je prakticky stejný jako tlak ve čpavkové rektifikační koloně 3. Další vhodnou možností je, provádět desorpci při stejném tlaku jako v rektifikační koloně 18 pro oddělování kysličníku uhličitého.

Obr. 3, kde jsou zařízení, shodná se zařízeními na obr. 1, označena stejnými vztahovými značkami, znázorňuje obměnu, při níž se do rektifikační kolony 18 vede potrubím 41 a čerpadlem 42 směs čpavku, kysličníku uhličitého a vody, bohatá kysličníkem uhličitým.

Podle tohoto provedení způsobu podle vynálezu je možno oddělovat prakticky čistý kysličník uhličitý a prakticky čistý čpavek ze směsi bohaté kysličníkem uhličitým. Až na rozdíl v místě přivádění výchozího proudu je ostatní zpracování při obměně, znázorněné na obr. 3, shodné s obměnou znázorněnou na obr. 1.

Podle obr. 4, kde jsou zařízení, shodná se zařízeními na obr. 1, označena stejnými vztahovými značkami, ' se zředěný vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého přivádí potrubím S1 přes čerpadlo 52 do desorpční kolony 10. Až na rozdíl v přivádění výchozího proudu je provedení z obr. 4 identické s provedením z obr. 1.

V následujících příkladech provedení způsobu podle vynálezu se procentovými údaji rozumějí hmotnostní procenta, pokud není jinak uvedeno.

Příklad 1

V zařízení, znázorněném na obr. 1, se ze směsi kysličníku uhličitého, čpavku a vody, odděluje prakticky čistý čpavek a. prakticky čistý kysličník uhličitý. Při tlaku 1,81 MPa a teplotě 73 °C se do dolní části čpavkové rektifikační kolony 3 přivádí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého . o složení 33,4 % čpavku, 18,2 '% kysličníku uhličitého a 48,4 % vody v množství 51 972 kg/h. Kompresorem 6 se dodává 635 kg/h vzduchu, z nichž 248 kg/h se přivádí do čpavkové rektifikační kolony 3 a 387 kg/h do desorpční kolony 10.

Plynná směs o teplotě 162 °C, sestávající z 50,4 . % čpavku, 17,7 % kysličníku uhličitého, 30,9 ·% vody a až 1 % jiných plynů, která přichází z desorpční kolony 10, se v množství 39 304 kg/h rovněž přivádí do čpavkové rektifikační kolony 3. Z této kolony se horem odvádí plynná směs, sestávající z 99,4 % čpavku a 0,6 % ostatních plynů, v množství 65 217 kg/h. Pomocí chladicí vody se část této plynné směsi zkapalní v kondenzátoru 5. Do kolony 3 se jako reflux přivádí zkapalněná směs v množství 44 630 kg/h. Z kondenzátoru 5 odchází v množství 3 474 kg/h plynná směs, sestávající z 88,9 proč, čpavku a 11,1 % jiných plynů. Tato směs se promyje v pračce 11 vodou v množství 4 496 kg/h. Teplo z pračky 11 se odstraňuje v oběhovém chladiči 13. Roztok v množství 7 335 kg/h, který sestává z 38,7 ·% čpavku a 61,3 · °/o vody, se vrací do čpavkové rektifikační kolony 3. Teplota v horní části této kolony je 46 °C. Potrubím 16 a 17 se do rektifikační kolony 18 pro oddělování kysličníku uhličitého přivádí jiné plyny v množství 635 kg/h.

Z dolní části čpavkové rektifikační kolony 3 se odvádí v množství 78 027 kg/h kapalina o teplotě 131 °C, sestávající z 25,4 proč, čpavku, 21,0 % kysličníku uhličitého a 53,6 ·% vody, která se potrubím 21 vede do rektifikační kolony 18.

Do této kolony 18, pracující rovněž za tlaku 1,818 MPa, se potrubím 25 přivádí ředidlo v množství 73 299 kg/h, jímž je voda se stopami čpavku a kysličníku uhličitého. Toto ředidlo má na výstupu s desorpční kolony 10 teplotu 206 °C. Část tepla této kapaliny se z ní uvolní v dolní části rektifikační kolony 18 a zbylé teplo se odevzdá v chladiči 26.

Tato kapalina se odvádí z desorpční kolony 10 v množství 108 909 kg/h, což znamená, že se odstraní 35 610 kg/h vody, popřípadě po chlazení v chladiči 27. Tato voda se může použít například k absorpci čpavku a kysličníku uhličitého.

Do horní části rektifikační kolony 18 se přivádí promývací voda v množství 5 959 kg/h, k vyprání posledních stop čpavku. Pomocí páry se teplota v dolní části rektifikační kolony 18 udržuje na 158 °C. Teplota v horní části této kolony je 35 ^CC. Z této kolony se v množství 10 094 kg/h odvádí plynná směs, obsahující 93,7 % · kysličníku uhličitého, 6,3 % jiných plynů a méně než 100 ppm čpavku.

Z dolní části kolony 18 se v množství 147 826 kg/h odvádí roztok o teplotě 158 stupňů Celsia, který obsahuje 81,9 % vody, 13,4 % čpavku a 4,7 · % kysličníku uhličitého, do desorpční kolony 10.

Tento roztok se v desorpční koloně 10 prakticky zbaví párou čpavku a kysličníku uhličitého, takže se v množství 108 909 kg/h odstraňuje voda obsahující pouze stopy čpavku a kysličníku uhličitého. Teplota v horní části desorpční kolony 10 je 161,8 °C.

Příklad 2

V zařízení, znázorněném na obr. 2, se ' ze směsi čpavku, kysličníku uhličitého a vody oddělí prakticky čistý kysličník uhličitý a prakticky čistý čpavek.

Při tlaku 1,5 MPa a při teplotě 73 °C se do dolní části čpavkové rektifikační kolony 3 přivádí v množství 51 972 kg/h vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého o složení 33,4 '% čpavku, 18,2 % kysličníku uhličitého a 48,4 % vody. Kompresor 6 dodává vzduch v množství 635 kg/h, z nichž 248 kg/h se přivádí do ' čpavkové rektifikační kolony 3 a 387 kg/h do desorpční kolony 10. Do čpavkové rektifikační kolony 3 se dále přivádí z desorpční kolony 10 37 943 kg/h plynné směsi o teplotě 158 °C, která obsahuje 49,1 % čpavku, 15,5 '% kysličníku uhličitého, 34,4 % vody a 1,0 % jiných plynů. Z horní části této kolony se v množství 60 888 kg/h odvádí plynná směs, obsahující 99,0 % čpavku a 1,0 % jiných plynů. Hlubokým ochlazením se část této plynné směsi' zkapalní v kondenzátoru 5.

Tato zkapalněná směs se v množství 40 056 kg/h přivádí do kolony 3 jako reflux. Z kondenzátoru 5 se , v množství 3 474 kg/h odvádí plynná směs, obsahující 81,7 % čpavku a 18,3 ' % jiných plynů. Tato směs se promyje v pračce 11 vodou v množství 5 003 kg/h. Teplo se z pračky 11 odvádí přes oběhový chladič 13. Do čpavkové rektifikační kolony 3 se v množství 7 842 kg/h vrací roztok obsahující 36,2 % čpavku a 63,8 % vody. Teplota v horní části této kolony je 39 °C.

Potrubím 16 a 17 se přes kompresor A přivádí do rektifikační kolony 18 proud inertního plynu v množství 635 kg/h. Rektifikační kolona 18 pracuje při tlaku 2,5 MPa.

Do rektifikační kolony 18 se potrubím 21 přes čerpadlo přivádí v množství 77 172 kg/h proud kapaliny o teplotě 128 °C a o složení 24,1 . % ' čpavku, 19,9 ' % kysličníku uhličitého a 56,0 °/o vody.

Do kolony 18, v ' níž je tlak rovněž 2,5 MPa, se v množství 48 915 kg/h přivádí potrubím 25 proud ředidla, tvořený vodou se stopami čpavku a kysličníku uhličitého. Tato kapalina má na výstupu z desorpční kolony 10 teplotu 197 °C.

Část ' tepla z této kapaliny se odevzdá v dolní části rektifikační kolony 18, zbytek tepla pak v chladiči 26.

Tato kapalina se z desorpční kolony 10 odvádí v množství 85 031 kg/h, což znamená, že se 36 116 kg/h vody po ochlazení v chladiči 27 odvádí ze soustavy; této vo dy se může použít například k absorpci čpavku a kysličníku uhličitého.

Do horní části rektifikační kolony 18 se přivádí promývací voda v množství 5 959 kg/h k odstranění co největšího množství zbývajícího čpavku. Pomocí páry se teplota v dolní části rektifikační kolony 18 udržuje na 170 °C. Teplota v horní části této kolony je 35 °C. Plynná směs, obsahující 93,7 °/o kysličníku uhličitého, 6,3 % jiných plynů a méně než 100 ppm čpavku, se odvádí z horní části kolony v množství 10 094 kg/h.

Z dolní části kolony 18 se odvádí roztok o teplotě 170 °C, sestávající z 80,0 % vody,

15,2 % čpavku a 4,8 % kysličníku uhličitého, který se vede do desorpční kolony 10 do snížení tlaku v redukčním ventilu C.

Tento roztok se v desorpční koloně 10 prakticky zbaví čpavku a kysličníku uhličitého zahříváním pomocí páry, takže se ze soustavy vypouští v množství 85 031 kg/h voda, obsahující pouze stopy čpavku a kysličníku uhličitého. Teplota v horní Části desorpční kolony 10 je 158 °C.

Příklad 3

V zařízení, znázorněném na obr. 3 se odděluje z vodného roztoku čpavku a kysličníku uhličitého, který je bohatý kysličníkem uhličitým, prakticky čistý čpavek a prakticky čistý kysličník uhličitý. Při tlaku 1,8 MPa a teplotě 130 °C se do rektifikační kolony 18 pro oddělování kysličníku uhličitého přivádí v množství 50 000 kg/h vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého, který sestává z 20 '% z čpavku, z 20 % z kysličníku uhličitého a z 60 % z vody.

Z dolní části čpavkové rektifikační kolony 3 se potrubím 21 odvádí kapalina o teplotě 130 °C, sestávající z 26,0 % čpavku, 22,1 % kysličníku uhličitého a 51,9 % vody, která se v množství 27 405 kg/h přivádí do rektifikační kolony 18.

Do kolony 18 se potrubím 25 přivádí v množství 54 990 kg/h proud ředidla, který sestává z vody se stopami čpavku a kysličníku uhličitého. Tato kapalina má na výstupu z desorpční kolony 10 teplotu 206 °C. Část tepla této kapaliny se odevzdá v dolní části rektifikační kolony 18, zbytek tepla pak v chladiči 26.

Z desorpční kolony 10 se tato kapalina odvádí v množství 95 278 kg/h, což znamená, že se ze soustavy po případném ochlazení v chladiči 27 odstraňuje 40 288 kg/h vody. Této vody se může použít například k absorpci čpavku a kysličníku uhličitého.

Do hornin části rektifikační kolony 18 se přivádí promývací voda v množství 6 347 kg/h k odstranění posledních stop čpavku. Teplota v dolní části rektifikační kolony 18 se udržuje pomocí páry na 160 °C. Teplota v horní části této kolony je 35 °C. Z kolony 18 se v množství 10 694 kg/h odvádí plynná směs, obsahující 94,6 % kysličníku uhlí213330 čitého, 5,9 % jiných plynů a méně než 100 ppm čpavku.

Z dolní části kolony 18 se odvádí do desorpční kolony 10 roztok v množství 128 683 kg/h, který sestává z 82,0 % vody,

13,3 % čpavku a 4,7% vody. Teplota roztoku je 160 °C.

Tento roztok se párou v desorpční kolonně 10 prakticky zbaví čpavku a kysličníku uhličitého, ' takže se ze soustavy odstraňuje v množství 95 278 kg/h voda, obsahující pouze stopy čpavku a kysličníku uhličitého. Teplota v horní části desorpční kolony je 161,8 °C. Kompresor 6 dodává 635 kg/h vzduchu, z nichž 248 kg/h se přivádí do čpavkové rektifikační kolony 3 a 387 kg/h do desorpční kolony 10.

Do čpavkové rektifikační kolony 3 se v množství 33 405 kg/h přivádí z desorpční kolony 10 plynná směs, sestávající z 50,7 proč, čpavku, 17,9 % kysličníku uhličitého, 30,4 % vody a až 1,0 % jiných plynů. Z horní části této kolony se v množství 62 360 kg/h odvádí plynná směs, obsahující 99,0 ;% čpavku a 1,0 % jiných plynů. Chladicí vodou se část této plynné směsi zkapalní v kondenzátoru 5. Do čpavkové kolony 3 se přivádí zkapalněná směs v množství 49 071 kg/h jako reflux. Z kondenzátoru 5 se v množství 3 289 kg/h odvádí plynná směs, sestávající z 80,7 % čpavku a 19,3 % jiných plynů. Tato směs se v pračce 11 promyje 4 000 kg/h vody. Teplo z pračky 11 se odvádí v oběhovém chladiči 13. Roztok obsahující 39,9 % čpavku a 60,1 % vody se vrací do čpavkové rektifikační kolony 3 v množství 6 654 kg/h. Teplota v horní části této kolony je 50 °C. Do rektifikační kolony 18 se potrubím 15 a 16 přivádějí jiné plyny v množství 635 kg/h.

Příklad 4

V zařízení, znázorněném na obr. 4, se ze zředěného vodného roztoku čpavku a kysličníku uhličitého za tlaku 1,8 MPa oddělí prakticky čistý čpavek a prakticky čistý kysličník uhličitý.

Vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého, sestávájící z 82,0 % vody, 4,7 % kysličníku uhličitého a 13,3 % čpavku, se přivádí do desorpční kolony 10 v množství 50 000 kg/h. Z dolní části kolony 16 se do desorpční kolony 10 přivádí v množství 38116 kg/h roztok přibližně stejného složení o teplotě 159,6 °C.

V desorpční koloně 10 se kapalina pomocí páry prakticky zbaví čpavku a kysličníku uhličitého, takže ze soustavy se v množství 65 279 kg/h odstraňuje voda, obsahu jící pouze stopy čpavku a kysličníku uhličitého. Teplota v horní části desorpční kolony 10 je 162 °C. Kompresor 6 dodává 635 kg/h vzduchu, z nichž 400 kg/h se přivádí do čpavkové rektifikační kolony 3 a '235 kg/h do desorpční kolony 10.

Plynná směs, setávající z 50,7 % čpavku, 17,9 % kysličníku uhličitého, 30,4 % vody a 1,0 % jiných plynů, se z desorpční kolony 10 odvádí v množství 23 522 kg/h do čpavkové rektifikační kolony 3. Z horní části této kolony se v množství 39 099 kg/h odvádí plynná směs, obsahující 98,4 °/o čpavku a 1,6 % jiných plynů.

Část této plynné směsi se zkapalní chladicí vodou v kondenzátoru 5. Do kolony 3 se v množství 29 160 kg/h přivádí zkapalněná směs jako reflux. Z kondenzátoru 5 se v množství 3 289 kg/h odvádí plynná směs, sestávající z 80,7 % čpavku a 19,3 % jiných plynů, která se v pračce 11 promyje 4 000 kg/h vody. Teplo se z pračky 11 odstraňuje v oběhovém chladiči 13. Roztok obsahující 39,9 ^:% čpavku a 60,1 % vody, se v množství 6 654 kg/h znovu přivádí do čpavkové rektifikační kolony 3. Teplota v horní části této kolony je 50,6 °C. Do rektifikační kolony 16 se potrubím 15 a 16 přivádějí jiné plyny v množství 635 kg/h.

Z dolní části čpavkové rektifikační kolony 3 se odvádí kapalina o teplotě 132 °C, sestávající z 25,1 % čpavku, 20,5 % kysličníku uhličitého a 54,4 % vody, která se vede v množství 20 237 kg/h potrubím 21 do elektrifikační kolony 18.

Do kolony 16 se potrubím 25 přivádí v množství 18 801 kg/h proud ředidla, tvořeného vodou se stopami čpavku a kysličníku uhličitého. Tato kapalina má na výstupu z desorpční kolony 10 teplotu 206 °C. Část tepla této kapaliny se odvede v dolní části rektifikační kolony 18, zbytek pak v chladiči 26.

Z desorpční kolony 10 odchází kapalina v množství 65 279 kg/h, což znanmená, že se ze soustavy po případném ochlazení v chladiči 27 odstraňuje 46 478 kg/h vody, které je možno použít k absorpci čpavku a kysličníku uhličitého.

Do horní části rektifikační kolony 18 se po vymytí posledních stop čpavku přivádí promývací voda v množství 1491 kg/h. Teplota v dolní části rektifikační kolony 18 se pomocí páry udržuje na 159,6 °C, teplota v horní části této kolony je 42 °C. Z této kolony se odvádí v množství 2995 kg/h plynná směs, obsahující 80,4 % kysličníku uhličitého, 19,6 % jiných plynů a méně než 100 ppm čpavku.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Způsob oddělování čpavku a kysličníku uhličitého ze směsi, obsahující čpavek a kysličník uhličitý, které se provádí v zóně pro oddělování čpavku působením tepla a v zóně pro oddělování kysličníku uhličitého rovněž působením tepla, v případě, že jde o směs bohatou čpavkem, vede se tato směs do zóny pro oddělování čpavku, z níž se horem odvádí vypuzený plynný čpavek a spodem se odvádí konstantně vroucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého, který se přivádí jako nástřik do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého, z níž se horem získává kysličník uhličitý a spodem se odvádí konstantně vroucí vodný roztok čpavku a kysličníku uhličitého, a v případě, že jde o směs bohatou kysličníkem uhličitým, se tato smě vede do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého, z níž se horem odvádí vypuzený kysličník uhličitý a spodem se odvádí konstantně vroucí roztok čpavku a kysličníku uhličitého, kterýžto vodný roztok se vede do desorpční zóny, v níž se z něho odstraní prakticky veškerý čpavek a kysličník uhličitý v podobě plynné směsi s vodní párou, kterážto plynná směs se pak vede do uvedené zóny pro oddělování čpavku, z níž se horem odvádí vypuzený plynný čpavek a spodem se odvádí konstantně vroucí vodný · roztok čpavku a kysličníku uhličitého, vyznačující se tím, že se oddělování kysličníku uhličitého provádí v přítomnosti vody nebo vodného roztoku uvedených složek, přidané, resp. přidaného v hmotnostním množství rovnajícím se 0,2 až 6tinásobku hmotnostního množství nástřiku do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že množství přidané vody odpovídá 0,5 až 2,5násobku hmotnostního množství nástřiku do zóny pro oddělování kysličníku uhličitého.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že uvedeným vodným roztokem je roztok čpavku a kysličníku uhličitého, který obsahuje alespoň 90 hmotnostních % vody.