CS221545B2 - Method of obtaining the ammonia and carbon dioxide from the mixtures containing ammonium,carbon dioxide and water - Google Patents

Description

^Způsob získání praktick^y čistého amonia^ku a prakticky čistko oxidu uMratéto ze směsi otosalhující amoniak, oxid uhličitý a vodu.

Při tomto z^působu se amonia^k odpluje •rektifikací v zóně ^pro od^lov^í amoniaku, zbylá kapalná fáze se zavádí do zóny pro oddělování oxidu uhličitého, kde se rektifikam odděluje oxté u^icitý a vznikté ka^palná ^fáze se ve^de ze dna tété z^óny do· desorpční zóny, kde se v podstatě veškerý amoniak a oxid uhličitý, ještě obsažené v ka^paln^{é f}ázi, odděh ve ^formě ^plynn^é směsi.

Zlepšení účinnosti tohoto oddělování a smžern citlivosti procesu na vý^kyvech složem sm^ěsi zavád^ěn^é do z^ón^{y p}ro o^ddělov^ání amoniaku je vyznačeno tím, že se na dno· zón^{y p}ro odd^ělov^án^í amoniaku zav^ádí ptynný oxid uhličitý nebo plynná směs obsahující oxid uhličitý v množství potřebném k ú^pravě složern ^ka^paln^{é f}áze, odváděné ze dna zóny pro oddělování amoniaku na stranu dělicí čáry chudou na amoniak v diagramu systému amoniak oxid utéičitý a voda až v množství odpovídajícím 0,25-násobku množství ka^pa^lné fáze v^ypou^štén^é ze dna této zóny k oddělování amoniaku.

S výho^dou se s oxidem uhltétiým zavádí' ta^ké určité množsM inertntéo ^pl^ynu.

Vynález se týká způsobu získání prakticky čistého amoniaku a prakticky čistého oxidu uhličitého _ ze směsí obsahujících amoniak, oxid uhličitý a vodu, přičemž se amorna^k o^dděluje rektiíikací v zón^{ě p}ro zís^ní amoniaku, zbylá kapalná fáze se zavádí do zóny pro získání oxidu uhličitého, kde se plynný oxid uhličitý odděluje rektifikací a vzniklá kapalná fáze se zavádí ze dna této zóny ' do desorpční zóny, kde se v podstatě veškerý amoniak a oxid uhličitý ještě obsažený v této kapalné fázi odděluje ve form^{ě ply}nn^é sirási.

Při některých chemických procesech se jakožto vedlejší produkty získají směsi obsahující amoniak a oxid uhličitý, obsahující ně^kd^{y t}a^ké vodu. Napřteted při synteze melaminu z močoviny se zte^ ^plynn^á směs, která kromě melaminu obsahuje také amoniak a oxid uhličitý v množstvích alespoň 1,7 tuny na 'tunu melaminu. Takové směsi se získají také při přípravě močovin^y z amoniaku a oxteu uMlcté^ vznikají rozkladem amoniumkarbamátu, jakožto vedlejšího produktu a jeho oddělováním z produkované močoviny. Aby se účinněji využilo tohoto' amoniaku a oxidu uhličitého ^po jepch odčlení z melaminu ne^bo močoviny, například jakožto recyklu do procesu syntézy močoviny, je ve většině pří ^pa^dů nutn^é upravit ^plyn^y na vy^šší tla^k. Stlačování takové směsi vyžaduje zvláštní o^patření ^{k p}ře^dc^házení ^kon^denzace amoniaku a oxidu uhličitého a k předcházení ukládání pevného amoniumkarbamátu tak vytvořeného·.

Z tohoto důvodu se takové plynné směsi zpravidla absorbují ve vodě nebo ve vodných roztocích, což vede k vytváření amoniumkarbamátového roztoku, který se může cer^pat do' reatooru ^pro snytézu moiíoviny, přičemž se tento roztok někdy koncentruje desorpcí a opakovanou absorpcí za vyššího' tlaku. Nedostatkem tohoto způsobu je skutečnost, že voda recyklovaná do reaktoru pro syntézu močoviny s^polu s amoniakem a oxidem uhličitým, má nepříznivý vliv na reakci syntézy močoviny.

Bylo navrženo oddělené odstraňování amonia^ku a oxidu uhhčitého ze směsí vzni^kajíc^ích jamžte vedlejší produkt a jejmh oddělené recyklování, aby se předešlo' vybwern a u^klád^ám amonium^rtam^u. Avšak binární systém amoniaku a oxidu uhličitého vytváří azeotropní směs o maxmmlm te^ploté varu рй moterrnm ^pom^ěru amoniaku k oxidu uhličitému asi 2 : 1, a proto není možné rozdělení ' jednoduchou destilací ^Tente jev je rovn^ěž v ternárním systému amoniaky oxidu uhličitém a vody ' a zde používaný výraz azeotropní směs zahrnuje také tento jev ternárního systému. V souvislosti s binárním a ternárním systémem zde používaný výraz „bo^tý“ amoniakem znamená, že při působení tepte na tekovou směs „boMtou“ amoniakem un^iká v ^po^dstaté csty ^plynný amoniak ^pokud má zbývající směs složení na dělicí čáře, která bude dále definována. Na druhé stran^ě výraz „chudý“ amoniakem znamená, že směs není bohatá amoniakem.

^Nao^pa^k výraz „bohatý“ oxidem uhHčitým znamená, že při působení tepla na směs bohatou oxidem uhličitým, uniká ze směsi v podstatě čistý oxid uhličitý. Výrazem ' „chudý“ oxteem uhUčrtým se mrn^ že směs není bohaté oxitem uMičitým.

Na obr. 1 je ternární systém amoniaku, oxidu uhličitého a vody za konstantního tla^ku ve ^formě frojúbetefcovéto diagramu. ^Systém je rozdělen na dvě oblasti 'čárou III, která se zde označuje jakožto dělicí čára a která představuje azeotropické složení za tonstetotoo tíaku pn měnič se koncentraci vo^dy. 'Tato děhc ^čára nem^ůže ^bý^{t př}e^konána prostředky normální destilační nebo rektifikační techniky.

Proto jestliže se rektifikuje kapalná směs bohatá amoniakem, to znamená, spadající ^do olhasi I na o^br. 1 unitó ^plynný amonia^k tak 'dlouho, až složení kapaliny dosáhne dělicí čáru. JesHiže je směs bohatá oxidem uhličitým, spadající tedy do oblasti II na obr. 1, a .destiluje se, uniká ' oxid uhličitý tak dlouho, až složení kapaliny dosáhne dělicí čáry. Jakmile je složení kapaliny na děUtí ^čáře, vede ^dals^í rekttfikace ne^bo destilace za konstantního tlaku ke plynné směsi všech složek a složení zbylé kapalné směsi neopouští děhc (ter^ ja^k se napnklad uvádí v publikaci P. J. C. KaasenJbrood, Chemical Reaction Engineering, Pnoceedlngs of the Fourth European Symposium, září 9 až 11, 1968, Pergamon Press (1971), str. 317 až '328.

Byly ' navrženy různé způsoby k obcházení této' azeotropní . směsi, přičemž všechny ^tyto 'zp^ůtob^y začínajⁱ oddělov^m amoniaku ' ' a oxidu uhličitého ze směsi amoniaku a oxidu uhličitého. Oddělené ' získání amoniaku je obzvláště ' důležité, jelikož je hodnotněji složku.

^Někter^é z těcteo ' z^působ^ů jsou založen^y na selektivní absorpci buď amoniaku, nebo oxidu uhličitého kapalinou. Nizozemská zveřejněná přihláška ' vynálezu číslo 143 063 například popisuje způsob, při kterém ' se amoniak absorbuje ve vodném roztoku ' amoniové soli silné kyseliy, jako je dusičnan amonný, za zvýšeného tte^ku. Selektiv^ a^bsorpce oxidu uhličitého promýváním ' plynné směsi vodným ateanolamlnovým roztokem, jako 'roztokem monoethanolaminu, je popsána v patentovém spise NSR 669 314. Avšak všechny tyto procesy mají ten nedostatek, že absorbovaná složka musí být posléze ' z absorbentu odstraněna a musí se čistit.

Bylo dále navrženo oddělovat amoniak a oxid uhličitý ze směsi amoniaku, oxidu uhličitéto a vody oddesthov^m v^ět.sin^y amoniaku v prvním stupni následovaným od•destUaváním oxteu uhhčitého ve druhém stu^prn za v^yššího tteku v s^ystému. ^Výrazem „Uak v s^ystému“ se zde nňm souhrn ^parciálních Uaků amoniak oxidu uhhčité^ a vody.

Tento druh procesů je cháněn v amerických patentových spisech číslo 3 112 177 a 4 060 591 a v britských patentových spisech číslo 916 945 a 1 129 939.

Americký patentový - spis číslo 3 112 177 popisuje způsob, při kterém se první stupeň ^provád^{í p}ri. Uaku v ^-s^ystému ^0,1 a^{ž 0,}5 mPa, oxid uhličitý se odděluje od směsi amoniak, oxid uhličitý a voda, přičemž je směs chudá amoniakem. Zbylá kapalina se pak stripuj’e například za použití methanu, při celkovém tlaku 0,1 mPa. To vede ke snížení tlaku v systému a k unikání amoniaku a určitého podílu oxidu uhličitého, takže se získá směs methanu, amoniaku a oxidu uhličitého s celkovým tlakem 0,1 mPa. K odstraněm sto^p oxidu u^hličité^ho, o^bsaženého v plyné směsi, se část směsi kondenzuje, čímž se absorbuje oxid uhličitý kapalným amoniakem.

Arneric^ký ^patentový s^pis ^čůsto 4 ^{060 591} chrání způsob získání amoniaku z vodné směsi obsahující také oxid uhličitý a vodu, přičemž se směs nejdříve deacidifikuje odstr^ipovárnm oxi^du uhhčitého ^pn zvý^šen^ém tlaku. Ze zbylé kapaliny se pak stripuje veškerý amoniak^, oxid uhliotý a voda a vzniklá plynná směs se promývá nebo stripuje za sníženého tlaku se zřetelem na deacidifika'čm stupeň, čímž se získá plynný produkt, který je čistým amoniakem.

Podobný způsob popisuje britský patentový spis číslo 916 945, při kterém se amoniakální kapalina deacídifikuje za zvýšeného tlaku v koloně, kde se stoupající plyn promývá studenou vodou k odstranění amoniaku, čímž se získá plynný oxid uhličitý. Zbylá kapalina se pak expanduje do striperu, kde se uvolní veškerý amoniak a oxid uhličitý. Vzniklá plynná směs se promývá nebo čisti vederou zaváděnou amomak^álⁿ kapalinou nebo jejím podílem, dříve než se amoniakální kapalina deacčdifikuje, čímž se získá v podstatě čistý amoniak.

Podle brits^kého ^patentov^ého s^pisu msto 1 129 939 se plynná směs obsahující amoniak a oxid uhličitý, bohatá na amoniak, absorbuje ve vo^dě nebo ve vo^dn^ém roztoči. Ze vzniklého vodného roztoku se za tlaku okolí oddestiluje amoniak. Zbylý roztok se pak podrobí trakční destilaci za tlaku 0,5 - až 2,0 mPa za zahřívám k odstranění oxidu uhličitého.

Tyto shora uvedené procesy jsou založeny na principu, že změna tlaku systému amoniaku, oxidu uhličitého a vody umožňuje oddělení amoniaku při nižším tlaku a oxidu uhhmtého při v^yšším tía^ku. ^V tecto to ^procesech s „dhterenmáhúm tiakem“ tlak v systému v zóně pro oddělování oxidu uhličttéhO' má být alespoň dvojnásobný než v zóně pro oddělování amoniaku. S výhodou má být poměr mezi tlakem v systému v zóně pro· oddělování amoniaku a v zóně pro oddělování oxidu uhličitého asi 1 :

: 5 až 1 : 20, jestliže má oddělování -hladce probíhat.

Nedostatkem způsobů s diferenciálním tlakem je však, že v případě, kdy směs· amoniaku a oxidu uhličitého má vyšší tlak než 0,1 mPa, je třeba ji předem expandovat na tlak 0,1 mPa. Plynný amoniak se pak uvolňuje za maximálního tlaku 0,1 mPa nebo· i za nižštoo na^ku v ^ípacě ^kdy -smějs obsahuje velké množství jiného plynu. Jestliže se tento amoniak má dále zpracovávat, jako· -například v procesu pro syntézu močoviny, musí se upravovat na vyšší tlak. Požadovaná stlačovací -energie pro tento účel je značná. - Kromě toho se musí udržovat koncentrace oxidu uhličitého v amoniaku na mimořádně nízké hodnotě, aby se předešlo vytváření a ukládání pevného amoniumkarbamátu v kompresoru a ve vysokotlakém potrubí.

Jiný proces, který není založen na diferenctétorn tlak^ je ctoaněn zveřejněnou holandskou přihláškou vynálezu číslo 7 612- 163. Popisovaný způsob umožňuje získání amoniaku - a oxidu uhličitého- odděleně z takových -směsí bez využití diferenciálního tia^ jestliže se vsáz^ka obsahuprn amoniak a oxid uhličitý zavádí do separační zóny pro oxid uhličitý po zředění přidáním vody v množství 0,2 až 6násobku hmotnostního, vztaženo na celkovou hmotnost násady obsahující amoniak a oxid uhličitý. Pro jednoduchost se tento- způsob označuje jatožto „zřeďovam ^proces“.

Podle jednoho· -provedení zřeďovacího procesu -se nejdříve amoniak, v -podstatě prostý oxidu uhličitého a vody, odděluje ze -směsi amoniaku, oxidu uhličitého a popřípadě vody, bohaté na amoniak, v zóně pro· -oddělení amoniaku. Ze -zbylé kapalné fáze, -odvá^děn^é ze dna této ^-z^ón^{y -p}ro o^ělern amoniaku, se odděluje oxid uhličitý v zóně pro oddělování oxidu uhličitého, přičemž zbylá kapalná fáze ze zóny pro- oddělování -amoniaku, zaváděná do zóny pro oddělování oxidu uhličitého, se ředí 0,2 až 6násobným limotoostmm množstvrn vo^dy.

Podle jiného provedení zřeďovacího procesu se nejdříve odděluje oxid uhličitý prakticky prostý amoniaku a vody v zóně pro oddělování -oxidu uhličitého ze směsi obsahující amoniak, oxid uhličitý a popřípadě vodu, přičemž je -směs- chudá na amoniak. Ze dna této- separační zóny -pro oddělování oxidu uhličitého se odvádí zbylá kapalná -fáze do desorpční zóny, kde se v podstatě veškerý amoniak a oxid uhličitý desorbuje a vzniklá plynná fáze se zavádí do separační zóny pro> amoniak. Amoniak, v podstatě prostý oxidu uhličitého a vody, se získá z této vzniklé plynné fáze v separační zóně pro amoniak a vzniklá kapalná fáze se zavádí do zóny pro oddělování oxidu uhličitého. Zřeďovací voda -se -přidává do221545 této zóny pro oddělování oxidu uhličitého v množství 0,2 až 6 hmotnostně násobném; spojená celková hmotnost· počáteční směsi, která se má dělit, plus zbytkové kapalné fáze ze zóny po oddělení amoniaku se zavádí do zóny pro oddělování oxidu uhličitého.

Podle jiného provedení zřeďovacího procesu, přičemž se má dělit směs obsahující amoniak a oxid uhličitý · a rovněž podstatné mnrásM vody může ^být výhodné zavádět tuto směs nejdříve do desorpční zóny, kde se desorbuje amoniak a oxid · uhličitý a spolu s určitým množstvím vodní páry · se zavádějí do zóny pro oddělování · amoniaku. Z horní části zóny pro oddělování · amoniaku se odvádí amoniak v · podstatě prostý oxidu uhličitého a vodní páry a zbylá kapalná fáze, obsalhující amoniak, oxid •uhličitý a vodu se zavádí · do zóny pro oddělování oxidu uhličitého. Zřeďovací voda se rovněž zavádí do· zóny pro oddělování oxidu uhličitého v hmotnostním množství asi ^0,2 až 6nás0^bném se zřetelem na ' ' celkov^é množství zbylé kapalné fáze ze zóny pro oddělování amoniaku, zaváděné do zóny pro oddělování oxidu uhličitého.

Oxid uhličitý, v podstatě prostý amoniaku a vody, se odvádí z horní části zóny pro oddělování oxidu uhličitého a zbytková kapalná fáze ze dna zóny pro oddělování oxidu uhličitého se vrací do desorpční zóny.

jak při způsobech využívajících diferenc^iáln^ího· tla^ku tak při zředbvacmh ^procesech má složení zbytkové kapalné fáze ze dna zóny pro oddělování amoniaku dosahovat nebo se má · těsně blížit dělicí čáře nebo azeotropnímu složení za stávajících ^dmrnek a^by se účmnos^t dělení maximalizovala. To znamená, že je množství · amoniaku, vždy obsaženého v kapalné fázi, značné, eož je nežádoucí se zřetelem na spotřebu energie.

Tento amoniak nepříznivě ovlivňuje účinnost dělení v zóně pro oddělování oxidu uhličitého, do které je zaváděn, · což opět vyžaduje značné množství energie navíc v desorpční zóně.

Úkolem v^yn^álezu je proto zlepsti ^proces získání · v podstatě · čistého amoniaku a v podstatě · čistého oxidu uhličitého z jejich směsí s vodou, přičemž by byl proces spojen s podstatnými úsporami energie.

Na energetickou účinnost způsobu dělení takových směsí má silný vliv kolísání · složení vsázky zaváděné do zóny pro oddělování amoniaku, což vyžaduje velmi citlivý měřicí a kontroW systém. Je proto tooiem vynálezu také zlepšený shora uvedený proces, který by byl v podstatě necitlivý k výkyvům složení směsi zaváděné do zóny pro od^dělov^ám amorna^ku.

Vynález •se tedy týká způsobu získání prakticky čtetého amoniak a prakticky čtetého oxidu uhličitého ze směsí obsahujících amoniak, oxid uhličitý a vodu, při kterém se amoniak odděluje rektifikací v · zóně pro oddělování amoniaku, zbylá kapalná fáze se vede do zóny pro oddělování oxidu uhli•mtého · kde se rektifikam odd^ oxté uhličitý, a vzniklá kapalná fáze se odvádí ze dna této zóny do desorpční zóny, kde se oddělí v podstatě veškerý amoniak a oxid uhličitý ještě obsažené v kapalné fázi ve formě plynné směsi, který je vyznačený tím, že se na dno zóny pro oddělování amoniaku zavádí plynný oxid uhličitý nebo· plynná směs obsahující oxid uhličitý v množství postačujícím k posunutí složení kapaln^{é fíá}ze^, v^ypou^štěn^é ze ^dna z^ón^{y k} oddělování amoniaku na stranu dělicí čáry chudou na amoniak v diagramu systému amoniak, oxid uhličitý a voda, · až v množství odpovídajícím O,25násobku množství kapalné fáze vypouštěné ze dna této · zóny k oddělování amoniaku.

Při způsobu podle vynálezu se tedy tolik plynného oxidu uhličitého nebo plynné směsi obsahující oxid uhličitý zavádí na dno· zóny pro· oddělování amoniaku, aby složení kapalné fáze, odváděné ze dna zóny pro oddělování amoniaku, nebylo na straně dělicí čáry diagramu bohaté na amoniak. Se zřetelem na obr. 2 se má zavádět dostatečné množství oxidu uhličitého k posunutí složení žbytkové kapalné · fáze, · · odváděné ze zóny pro oddělování amoniaku, z oblasti I ke složení na dělicí čáře nebo v oblasti II.

Množství oxidu uhličitého, potřebné k dosažení tohoto předmětného oboru, je zpravidla asi 0,01 až 0,2 a s výhodou 0,02 až 0,1 hmotnostním násobkem množství zbytkové kapalné fáze odváděné ze zóny pro oddělování amoniaku, přičemž se tato kapalná fáze pak zavádí do zóny pro oddělování oxidu uhličitého. Celkové množství takové plynné fáze obsahující oxid uhličitý, zavád^ěné na dno zóny ^pro oddělovám amoniaku, závisí vedle jiných faktorů na žádaném efektu. Avšak množství oxidu uhličitého, které se může zavést, má horní hranici definovanou bodem, při kterém se začíná ukládat v kolonách a v potrubí pevný amoniumkarbamát nebo· jiné sloučeniny, k čemuž by docházelo, kdyby se použilo· oxidu uhličitého v přílišném množství.

Při provádění ve spojení se způsobem podle vynálezu se spotřeba energie známých způsobů dělení jasně snižuje a účinnost dělení •se stává skutečně nezávislou na výkyvech složení směsi zaváděné do zóny pro oddělování amoniaku. Kromě toho zlepšený z^působ může v^ ^{k p}o^klesu množství ^proté^kajíc^ích ^^Ιί^ ^které se maj^í rec^yklova^t různými separačními zónami.

S výhodou se získá tato plynná fáze, obsahující oxid uhličitý, použitím části · plynu obsahujícího oxid uhličitý odváděného ze z^ón^{y p}ro od^dělov^ám oxidu utoičitétio. ^Může se vša^k ta^{ké p}oužít ^pl^ynn^é směsi o^bsa^hujíc^í ox^id uhltotiý a amoniak ^V totovém případě je nutné, aby poměr oxidu uhličitého k amoniaku v takové plynné směsi byl větší než poměr oxidu uhličitého к amoniaku plynu rovnovážného se zbytkovou kapalnou fází získanou ze dna zóny pro odd^ělov^ám amoniak. Jina^k nem možné překročit dělicí čáru.

Při výhodném provedení způsobu podle vynálezu obsahuje plynná fáze, obsahující ox^id uhlmitý, ^krom^ě oxWu uhlííitéto ještě určité množství inertního plynu, s výhodou vzducliu ne^bo ^dusí^ku. Hmotnosti poměr oxidu uhličitého k inertnímu plynu je s výhodou v oboru 30' : 70 až 70 : 30.

'Zav^áděm inertního pl^ynu ve v^ět^ším mno^žství než jaké se normálně zavádí s plyny používanými k pasivaci materiálů z nerezavějící oceli, jako je vzduch nebo kyslík, má tu výhodu, že přítomnost takového inertního plynu vede ke snížení množství amoniaku zbývajícího ve zbytkové kapalné fázi, odváděné ze zóny pro oddělování amoniaku. Jak je shora uvedeno, vede to k výhodnému snížení spotřeby energie zvláště v desorpčním stupni.

Další výhodou přítomnosti přídavného množství inertního plynu je skutečnost, že se snižuje teptota na dn^ě amomalkové ^kolony, což umožňuje ekonomičtější využití tepelného obsahu různých kapalných a plynných produktů získaných v průběhu oddělování jednotlivých složek ze směsi.

Třetí výhodou je, že poměr plynu ke kapalině je příznivější, následkem čehož se zle^pšuje úcrnnost d&em směsi Za ta^kovéDno ho zlepšení účinnosti dělení směsi se buď může zvýšit celkové množství rozdělované směsi, nebo se může zmenšit velikost kolony pro dělení směsi. Kromě toho se značně sníží závislost spotřeby energie potřebné pro dělení na přesném složení kapalné fáze odváděné ze dna zóny pro oddělování amoniak.

S výhodou má být tlak v různých separačrnc^h z^ónách 5° a^ž 5000 ^kpa. ^Tla^{k k}olem 1800 kPa nebo vyšší, v závislosti na teplotě dostupné chladicí vody, jak bude uvedeno, v zóně pro oddělování amoniaku je výhodný, jelikož oddělený amoniak se může poměrně snadno zkapalňovat chlazením chladicí vodou, což je zároveň nenákladné. Při procesu zředovacího typu může být tlak v systému v zóně pro oddělování oxidu uhličitého stejný, jako v zóně pro oddělování amoniaku, může však být vyšší. S výhodou však tlak v systému v zóně pro oddělování oxidu uhličitého a v desorpční zóně nemá být větší než dvojnásobek tlaku v systému v zóně pro oddělování amoniaku.

Teploty, udržované v různých separačních zónách, závisejí na tlacích, na složení zaváděné směsi a na požadované čistotě oddělených produktů. Při zřeďovacím procesu tyto teploty v případě použití rektifikačních kolon v separačních zónách, jsou obecně v hranicích uvedených v následující tabulce:

Vrch

Zóna pro· oddělování amoniaku

Zóna pro oddělování oxidu uhličitého +60 až +170 °C +75 až +200' °C —35 až + 66 °C až +100' °C

Teploty v desorpční zóně jsou rovněž dány tlaky, složením směsi zaváděné do deso-rpční zóny a požadavky na čistotu (obsah amoniaku a oxidu uhličitého) desorpční vody odváděné ze dna této zóny. Obecně se tyto teploty volí tak, aby byly vyšší než teplota varu kapalné fáze, která se má desorbovat za použitých tlaků.

Při použití způsobu podle vynálezu ve spojení se způsobem na bázi diferenciálrnho· th+u má být Ua^k v systému v zóně ^pro oddělování oxidu uhličitého alespoň dvojn^ásobkem ^tla^ku v s^ystému v zóně pro o^{d děl}ován^í amoniak. Av^ša^k pro Wadý průběh oddělování je výhodné, aby poměr tlaku v systému v zóně pro· oddělování oxidu uhličitého ke tlaku v systému v zóně pro od^dělov^ám amoniak íb^yl v rozmez^í 1: : 5 až 1 : 20. Teploty, udržované v různých separačních zónách rovněž závisí na . zvo^len^ém Ua^ na slovní zaváděn^é směsⁱ a na· požadované čistotě oddělených produk^tů.

Někdy také může mít určité výhody, jestli^že se ^pou^žije způsobu s Oerenctóínta Ua^kem zavést určtté mno^žství zřeďoval vody do zóny k oddělování oxidu uhličitého k podpoře oddělování. V takovém případě množství přidávané zreďovací vody závisí na četných faktorech, jako je použitý tlakový rozdíl ' mezi zónou pr-oi oddělení oxidu uhličitého a zónou pro oddělení amoniaku a složení různých zaváděných směsí. ' ^Výrazem „v ^po^dstatě čistý“ se mmj ^že největší část plynu nebo kapaliny oddělené v určhé z^ón^ě sestává z je^din^é slo^^ například z amoniaku nebo z oxidu uhličitého.

^S vý^hodou v o^ddělen^ém amoniaku nern množství oxidu uhličitého větší než hmotnostéě 50^{0 dílů} na mihón dnů a mno&M vody . není hmotnostně větší než 7500' dílů na milión dílů, obzvláště není větší než 100 až 2000 dílů hmotnostních na milión dílů.

V odděleném oxidu uhličitém není množství amoniaku s výhodou hmotnostně větší ne^ž 500 a obzv^té ne^ž 100 dM na mihón ^dílů. Mno^žstv^í vo^dy je s^píše ne^ie^t^ z e^konomic^kýc^h důvo^dů nemá v^ša^{k h}mo^tnott221545 ně převyšovat 20 000 a zvláště 2000 dílů na milión dílů.

Do kterého separačního stupně se směs, která se má dělit, nejdříve zavádí, závisí kromě jiného na složení této směsi. Tak jestliže je směs bohatá na amoniak — oblast I na obr. 1 — pak je nejvýhodnější zavádět směs do zóny pro oddělování amoniaku. Jestliže na druhé straně je směs chudá na amoniak —- složení na dělicí čáře nebo v oblasti II na obr. 1 — pak je nejvýhodnější zavádět ji zpočátku do zóny pro oddělování oxidu uhličitého. Jestliže pak konečně se má rozdělovat směs, která je bohatá na amoniak a obsahuje také podstatné množství vody, může být nejvýhodnější zavádět ji zpočátku do desorpčního stupně.

Zónou pro oddělování amoniaku a oxidu uhličitého může být jakýkoliv typ zařízení vhodného pro oddělování plynných a kapalných složek podle vynálezu, včetně avšak bez omezení na tato zařízení, rektfikační, destilační a promývací kolony. Avšak rektifikační kolony nebo kolony mající rektifikační zóny jsou nejvhodnějšími zařízeními pro provádění způsobu podle vynálezu.

Jsou možné některé obměny v průtoku mezi různými separačními zónami separačního procesu při provádění způsobu podle vynálezu a všechny tyto obměny do rozsahu vynálezu spadají.

Způsob podle vynálezu objasňuje obr. 1, 2 a 3.

Na obr. 1 je diagram systému amoniaku, oxidu uhličitého a vody za konstantního tlaku, shora již podrobně popsaný.

Na obr. 2 je schéma procesu podle vynálezuje použitého ve spojení se zřeďovacím procesem, při kterém zóna pro oddělování amoniaku a zóna pro oddělování oxidu uhličitého pracuje za celkem stejného tlaku.

Na obr. 3 je schéma podobného procesu, při kterém se oddělování složek směsi provádí za diferenciálního tlaku.

Jedno výhodné provedení způsobu podle vynálezu je objasněno na obr. 2, kde se používá přísady oxidu uhličitého do zřeďovacího procesu, ve kterém zóny pro oddělování amoniaku a oxidu uhličitého pracují za tlaku v podstatě stejného. Podle tohoto obr. 2 je zónou pro oddělování. amoniaku rektifikační kolona 3, zónou pro oddělování oxidu uhličitého je rektifikační kolona 18 a desorpční zónou je desorbér 10.

Směs amoniaku, oxidu uhličitého a vody se zavádí do rektifikační kolony 3 pro amoniak potrubím 1 za použití čerpadla 2. Potrubím 31 se zavádí plyn obsahující oxid uhličitý na dno rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku. Amoniak se odvádí z hlavy rektifikační kolony 3 potrubím 4. Tento amoniak se může kondenzovat (hlubokým) ochlazením v kondenzátoru 5. Nezkondenzovaná plynná směs amoniaku a inertního plynu uniká z kondenzátoru 5. Tento inertní plyn pochází ze vzduchu, za vedeného do jednotky к pasivaci konstrukčních materiálů použitých pro nádoby a potrubí, aby se koroze snížila na přijatelnou míru. Přirozeně se může použít kyslíku nebo látek uvolňujících kyslík pro tento účel místo vzduchu. Při jednom provedení způsobu podle vynálezu je množství zavedeného vzduchu ve velkém nadbytku se zřetelem na množství potřebné к udržení materiálu v pasivovaném stavu. Při tomto provedení napomáhá vzduch zlepšit účinnost rozdělování směsi. Část vzduchu se zavádí do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku za použití kompresoru 6 a potrubí 7 a 8 a část se zavádí do desorbéru 10 potrubím 9.

Plynná směs z kondenzátoru 5 se zbavuje amoniaku v pračce 11 propíráním vodou zaváděnou potrubím 32, přičemž se mnoho absorpčního tepla odvádí chlazením části vzniklého vodného amoniakálního roztoku, který se odvádí za použití čerpadla 12 v recyklovém chladiči 13 a vrací se do pračky 11 potrubím 14. Takto vytvořený roztok se vrací do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku potrubím 15.

Inertní plyn se odvádí potrubím 18 a zavádí se na dno rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého potrubím 17. Popřípadě se může také zcela nebo částečně vypouštět do ovzduší pomocí potrubí 19. Část amoniaku ztekuceného v kondenzátoru 5 se * vede zpět potrubím 20 do rektifikační kolony 3 pro získání amoniaku jakožto reflux. Roztok amoniaku a oxidu uhličitého ve vodě se odvádí ze dna rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku potrubím 21.

Roztok se zavádí do rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého, která pracuje v podstatě za téhož tlaku jako rektifikační kolona 3 pro oddělování amoniaku. Určité množství zreďovací vody se zavádí do rektifikační kolony 18 potrubím 25. Produkt ze dna desorbéru 19 se odvádí za pomoci čerpadla 22 a potrubí 23. К dosažení lepšího rozdělení tepla se desorpční voda nejdříve nechává odevzdat část svého tepla na dně rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého. Zbylé teplo, potřebné pro rektifikaci, se dodává vyhřívacími hady 24 například ve formě páry. Kapalný produkt z potrubí 23 se odvádí ze systému, i když se jeho části může použít jakožto zreďovací vody.

Přídavné množství prací vody se zavádí do rektifikační kolony 18 potrubím 28 к oddělení amoniaku tak dokonale jak je jen možno od oxidu uhličitého. Plyn, sestávající z oxidu uhličitého a z popřípadě obsaženého inertního plynu, v podstatě prostý amoniaku, se odvádí z hlavy rektifikační kolony 18 potrubím 27. Produkt ze dna, nebo zbytková kapalná fáze z rektifikační kolony 18, která je zředěným roztokem amoniaku a oxidu uhličitého ve vodě, se zavádí potrubím 28 do -desorbéru 10. V podstatě veškerý amoniak a oxid uhličitý se odstraní: v desorůru 'zahnvámm, napnHad párou ve vyhřívacích hadech 29. Vzniklá desorpční voda je v podstatě prostá amoniaku a oxidu uhličitého a odvádí se ze systému potrubím 23. Plynná směs amoniaku, oxidu uhličitého· a vodní páry, vytvořená v desorbéru 10 se zavádí do rekti-fikační kolony 3 pro oddělování amoniaku potrubím 30.

Při shora popsaném provedení způsobu podle vynálezu se používá směsi amoniaku, oxidu uhličitého a vody o složení v oblasti bohaté na amoniak. Jestliže je složení výchozí směsi chudé na amoniak, pak se směs zavádí nejdříve · do rektifikační kolony 18 pro· odělování oxidu uhličitého.

Jiné výhodné provedení způsobu podle v^yn^álezu je na o^br. ³, kú se oddělern oxidu uhličitého rektifikací provádí za vyššího tlaku než oddělování amoniaku rektifikací.

Tento o'br. 3 je v podstatě stejný jako obr. 2 a vztahové značky mají také tentýž význam. Rozdíl je založen na skutečnosti, že do potrubí 17 a 21 je instalován kompresor A a čerpadlo B ke zvýšení tlaku protékajícího plynu, popřípadě protékající kapaliny. Kromě toho je potrubí 30 vybaveno^; redukčním ventilem C, kterým se snižuje tlak v části plynné směsi z deso.rbéru 10. Zde des-orpční kolona 10 pracuje v podstatě za stejného- 'tlaku v systému jako rektifikační kolona 18 pro oddělování oxidu uhličitého. Potrubí 18 kromě toho obsahuje redukční ventil D, kterého se používá ke snížem Haku ^části zaváúůho vzduchu.

Třetí provedení způsobu podle vynálezu, využívajícího diferenciálního tlaku, se rovněž může provádět na zařízení podle obr.

3. V takovém případě tlak, za kterého- se odděluje oxid uhličitý, je alespoň dvojnásobkem, -s výhodou však pětinásobkem tlaku, za kterého· se -odděluje amoniak.

V tomto případě se nemusí přidávat žádné ředidoo do zóny pro- oddělování amoniaku, jak je tomu při procesech zřeďovacího ^typu.

Vynález je dále blíže popsán v připojenýc^h p^ří^kladech^{, k}ter^é v^ša^k zp^ůso^{b p}o^dle vynálezu toliko objasňují a nijak jej neomezují.

P ž í k 1 a d 1 |V poútatě 'čistý amoniak: a v podstatě čistý oxid uhličitý se získají ze směsi amoniaku, oxidu uhtčitrélю a vody v zařízení podle obr. 3.

^Vztahov^é zna^čky na -o^br. ³ mají stejný význam jako na obr. -2 a procenta jsou vždy míněna hmotnostně. Uváděné tlaky se vzta'hup na tlak v systému amonia^k — oxi^d uhličitý — voda. Skutečný tlak může být poněkud vyšší v důsledku přítomnosti inertního plynu.

Za tlaku 180-0 kPa se zavádí 56 489 kg/h roztoku - amoniaku a oxidu uhličitého ve vodě do- rektifikační kolony 3 pro oddělov^árn amoniak; směs ted^y o^bsahuje ^32,8 % amoniak ^{18,3 -} % -oxidu uhhmtého a ^48,9 % vod^y. Do systému se zavá^{dí 635 kg/h} vz^duchu pomocí kompresoru 6, přičemž 248 kg/ ^/b se zavádí do ^- rektífikacíní ^kolon^{y 3} pro oddělování amoniaku a 387 kg/h se zavádí do desorbéru 10. Potrubím 31 se do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoi^iaku zav^ádí 2000' kg/h oxteu uhhčitéřio. 27 026 kg^/h p^lynn^é směst -olbsah.upm ^58,2 % amonia^ku, ^14,1 % oxiú u^hlicité^ho, ^27,7 % vo^dy a ^1,5 %^l inertního p^lynu ^-z -úsoráéru ¹⁰ se expanduje pomocí ventilu C a rovněž se zavádí - do rektifikační kolony ³ pro - oddělování amoniaku.

Část - této plynné směsi se ztekucuje cMazením v kondenzátoru ⁵, ze ^kter^ého se

1^{7 824} k^g/h zte^kucen^ého^- amoniak vrací' do rektifikační kolony 3 pro- oddělování amonia^ku ja^kožto reDux a l^{8 528 kg/h} ztenčeného amoniaku se ze -systému odvádí.

^{2464 kg}/h ^plynn^é směsi, sessávajfcí z ^{74,2 p}roč^, a^oni^ku a z ^25,8 °/o rnertrnho p.tyn^ un^iká z ^kondenz^átoru S.

Tato -směs se promývá v pračce 11 2200 kg/h vody. Teplo se z pračky 11 odvádí prostřednictvím recyklového chladiče 13. Za hodinu se vrací 4029 kg roztoku -obsahujícílio ^45,4 % amoniakm a 54,6 ^-0% vo^dy do rektifikační kolony 3 pro oddělování -amoniaku. 635 kg/h inertního plynu -se vede potrubím 16 a 17 a kompresorem A do rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého.

6⁹¹⁸° k^g/^h kapalin.^ - o^sahnuící ^22,7 % ^23,4 % oxiú uMmltéřn a ^53,9 % vody, se odvádí ze dna rekti-fikační kolony 3 pro oddělování amoniaku potrubím 21 za použití čerpadla B do rektifikační kolony ¹⁸ pro oddělování oxtéu uhhčitého. ^Rektifik-ační kolona 18 pro oddělování oxidu uhličitého- je zásobována 34 079 kg/h vody, přiváúů potruttm 25 a 28.

Pl^ynn^á směs ¹² 3'37 k^g/h urnká z ^hlav^y rektifikační kolony 18 pro oddělování amomaku a o^bsahuje ^kr-om^ě jiného ^93,2 % oxidu uhličitého a méně než 100 ppm amonia^ku. 90 ⁹¹³ k^g/h roztok o^ahujtetoo ⁷8^,5 % vody^, 1^7,3· ^-%' amoniaku a ^4,2 % oxidu - uhličitého, se odvádí ze -dna -rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého a zavádí -se do -desorbéru 10. Složení této ^kapalrn^y je na straů dělicí ^bohatější oxidem uhličitým.

V desorbéru 10 se roztok prakticky zbavuje amoniaku a oxidu uhličitého působením páry. Z desorbéru 10 se odvádí celkové mnůství 63 ⁸⁹² k^g/h ^kapalm^y, toerá se například může použít pro absorpci amoniaku a oxidu uhličitého- nebo částečně jakožto ředicí vody pro zónu k oddělování oxidu uhličitého.

Příklad 2

V podstatě čistý amoniak a v podstatě čistý oxid uhličitý se získají ze směsi amoniaku, oxidu uhličitého a vody v zařízení podle obr. 3, přičemž se oxid uhličitý a vzduch zavádějí do rekílTikační kolony 3 pro oddělování amoniaku. Vztahové značky se vztahují na obr. 3 a procenta jsou míněna hmotnostně.

Za tlaku 1800 kPa se do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku zavádí 51 97.2 kg/h roztoku amoniaku a oxidu uhličitého ve vodě, přičemž roztok má toto hmotnostní složení: 33,4 % amoniaku, 18,2 proč, oxidu uhličitého a 48,4 % vody. Do procesu se prostřednictvím kompresoru 6 zavádí 2387 kg/h vzduchu, přičemž se 200'0 kg/h zavádí do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku a 387 kg/h se zavádí do desorbéru 10. Potrubím 31 se zavádí 2000 kg/h oxidu uhličitého do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku.

928 kg/h plynné směsi, sestávající z 57,7 % amoniaku, 16,0 % oxidu uhličitého a 26,3 % vodní páry a 1,5 %; inertního plynu z desorbéru 19 se expanduje pomocí ventilu C a zavádí se do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku. 32 415 kg/h plynné směsi, sestávající z 98,0 % amoniaku, 0,3 proč, vodní páry a 1,7 % inertního plynu, se odvádí z hlavy této kolony. Část této plynné směsi se ztekucuje ochlazováním v kondenzátoru 5, ze kterého se 15 057 kg/h tekutého amoniaku vrací do rektifikační kolony 3 pro> oddělování amoniaku jakožto reflux a 17 358 kg/h tekutého amoniaku se ze systému odvádí. 9252 kg/h zbytkové, nezkondenzované plynné směsi, sestávající z 74,2 % amoniaku a 25,8 % inertního plynu odchází z kondenzátoru 5. Tato zbytková směs se promývá v pračce 11 prostřednictvím recyklového chladiče 13. Za hodinu se vrací 3829 kg roztoku, sestávajícího z 82,0 % amoniaku a z 18,0 % vody, do rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku. 635 kg/h inertního plynu se zavádí potrubím 17 a za použití kompresoru A do rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého.

042 kg/h zbytkové kapalné fáze, obsahující 22,3 % amoniaku, 24,6 °/o oxidu uhličitého' a 53,1 % vody, se odvádí ze dna rektifikační kolony 3 pro oddělování amoniaku potrubím 21 a za použití čerpadla В do rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého.

Do rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého se také zavádí potru bím 25 a 26 20 486 kg/h vody. Z hlavy rektifikační kolony 18 pro oddělování oixdu uhličitého uniká 11 482 kg/h plynné směsi, obsahující kromě jiného 93,2 % oxidu uhličitého a méně než 109 ppm amoniaku. Ze dna rektifikační kolony 18 pro oddělování oxidu uhličitého se odvádí 79 817 kg/h roztoku, sestávajícího z 77,9 % vody, 17,3 % amoniaku a 4,8 % oxidu uhličitého, a zavádí se do desorbéru 10. Složení této kapaliny je na straně dělicí čáry bohaté na oxid uhličitý.

Z desorbéru 10 se odvádí celkem 55 889 kg/h kapaliny, které se může používat například к absorpci amoniaku a oxidu uhličitého nebo částečně jakožto zreďovací vody pro zónu к oddělování oxidu uhličitého. V desorbéru 10 se roztok v podstatě zbavuje amoniaku a oixdu uhličitého působením páry.

Příklad 3

V podstatě čistý amoniak a oxid uhličitý se získá ze směsi těchto plynů za použití procesu popsaného na obr. 3, při kterém se však neuskuteční překročení dělicí čáry přidáním vody do rektifikační kolony pro oddělování oxidu uhličitého, avšak spíše změnou tlaku mezi zónou к oddělování amoniaku a zónou к oddělování oxidu uhličitého. Rektifikační kolona pro oddělování amoniaku tak pracuje za tlaku 100 až 500 kPa a rektifikační kolona pro oddělování oxidu uhličitého za tlaku 1500 až 3000 kPa. Výsledky jsou srovnatelné s výsledky dosaženými podle předešlých příkladů.

Příklad 4, 5 a srovnávací příklad 6

Způsob podle příkladu 4 a 5 se provádí v podstatě stejně jako podle příkladu 1 a 2 a stanovuje se množství potřebné energie. Množství potřebné energie se porovnává s množstvím energie potřebné pro proces (příklad 6), při kterém se do rektifikační kolony pro oddělování oxidu uhličitého nepřidává žádný oxid uhličitý a přidává se toliko množství vzduchu potřebné к pasivaci konstrukčních materiálů. Jestliže spotřebu energie při způsobu podle příkladu 6 považujeme za 100 %, jsou výsledky následující:

Příklad Relativní spotřeba energie

Claims (6)

1. Způsob získání prakticky čistého amoniaku a prakticky čistého oxidu uhličitého ze směsí obsahujících amoniak, oxid uhličitý a vodu, při kterém se amoniak odděluje rektifikací v zóně pro oddělování amoniaku, zbylá kapalná fáze se vede do zóny pro oddělování oxidu uhličitého, kde se rektifikací oddělí oxid uhličitý, a vzniklá kapalná ifáze se odvádí ze dna této zóny do desorpční zóny, kde se oddělí v podstatě veškerý amoniak a oxid uhličitý ještě obsažené v kapalné fázi ve formě plynné směsi, vyznačený tím, že se na dno zóny pro oddělování amoniaku zavádí plynný oxid uhličitý nebo plynná směs obsahující oxid uhličitý v množství postačujícím к posunutí složení kapalné fáze, vypouštěné ze dna zóny к oddělování amoniaku na stranu dělicí čáry chudou na amoniak v diagramu systému amoniak, oxid uhličitý a voda až v množství odpovídajícím 0,25náso»bku množství kapalné fáze vypouštěné ze dna této zóny к oddělování amoniaku.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se část plynného oxidu uhličitého ze zóny pro oddělování oxidu uhličitého^ zavádí na dno zóny pro oddělování amoniaku.

3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že hmotnostní množství plynného· oxidu uhličitého nebo plynné směsi obsahující oxid uhličitý je 0,2 až 0,01násobkem množství kapalné fáze odváděné ze dna zóny pro oddělování amoniaku.

4. Způsob podle bodu 3 vyznačený tím, že toto množství plynu je 0,1 až 0,02násobkem množství kapalné fáze.

5. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se přídavné množství inertního plynu zavádí na dno zóny pro oddělování amoniaku.

'6. Způsob podle bodu 5 vyznačený tím, že poměrné hmotnostní množství oxidu uhličitého a inertního plynu je mezi 30 až 70 a 70 až 30.