Vynález se týká způsobu odstraňování močoviny, amoniaku a kysličníku uhličitého ze zředěných vodných roztoků.
Při výrobě močoviny z amoniaku a kysličníku uhličitého se připravuje reakční roztok při vysoké teplotě a odpovídajícím tlaku, tento roztok dosud obsahuje větší množství volného amoniaku a nezreagovaného karbamátu amonného. Tento karbamát se rozloží na amoniak a kysličník uhličitý, které jsou z větší části odváděny spolu s volným přítomným hydroxidem ' amonným a obvykle se přivádějí zpět do reakčního roztoku. V konečném stupni se získává vodný roztok močoviny, který stále ještě obsahuje určité množství rozpuštěného amoniaku a kysličníku uhličitého. Tyto látky se postupně odstraňují expanzí na atmosférický nebo nižší tlak. Vodný roztok močoviny se koncentruje odpařením a/nebo krystalizaci ' a dále se zpracovává. V průběhu odpařování se vytváří plynná směs, která kromě vodní páry obsahuje ještě jemné kapičky močoviny a dále amoniak a kysličník uhličitý.
Stejně - jako plynná směs, oddělená při expanzi po konečném stupni se i tato plynná směs kondenzuje, a takto získaný kondenzát se z části užije k nové adsorbci plynné směsi z koncového stupně. Zbývající část tvoří odpad. Uvedený kondenzát obsahuje rovněž vodu, přiváděná ve formě vodní ' páry při odpařování, promývací vodu, vodu, použitou ’ k promytí čerpadel a podobně. Na jednu molekulu - močoviny se tvoří jedna molekula vody. To - znamená, že v továrně na močovinu s kapacitou 1500 tun močoviny denně so- denně tvoří 450 tun vody. Mimoto se denně přivádí 300 tun vody, což znamená, ;že odpad tvoří denně přibližně 750 tun vody.
Tato ' voda obsahuje ' 2 až 9 hmotnostních proč, amoniaku, 0,8 ’. až 6 'hmotnostních % kysličníku - - uhličitého _ 0,3 ’· až . ·· 1,5 ’ hmotnostních %' ' močoviny, ' což ' na jedné straně ' představuje · velké '' množství surových materiálů a na druhé straně běží o příliš velkou koncentraci · ve ' -vodě, -která převyšuje · povolená množství v ' mnoha zemích. Je proto zapotřebí před ' vypuštěním této vody odstranit alespoň většinu amoniaku a močoviny.
K tomuto účelu se uvedený kondenzát obvykle - zpracovává způsobem, popsaným v Industrial Wastes, - září/říjen 1976, strany 44 až 47.
Při tomto zpracování se kondenzát, který . již byl - zbaven části amoniaku a kysličníku uhličitého nechá projít při vyšším tlaku do spodku reakční kolony, kde se zahřívá parou, přiváděnou rovněž do spodku kolony, čímž dochází k hydrolýzo močoviny.
Takto získaný roztok se odvádí z horní části reakční kolony. Kromě malého množství nehydrolyzované močoviny obsahuje tento roztok ještě amoniak a kysličník uhličitý, tyto látky se odstraňují ' po expanzi roztoku na uvedený nižší tlak v další koloně čištěním vodní parou.
Plynná směs, která se takto oddělí se užije v prvním desorpčním stupni. Produkt ze spodku druhé desorpční kolony se po průchodu výměníkem tepla spojí s kondenzátem, který má být zpracován. Odpadní voda obvykle stále ještě obsahuje přibližně 50 ppm amoniaku a 50 ppm močoviny. I v případě velmi dlouhé doby zpracování, k níž je zapotřebí až neúčinně dlouhých reakčních kolon zůstává stále obsah močoviny v rozmezí 20 až 25 ppm.
Vynález si klade za úkol navrhnout způsob, při jehož použití by bylo možno snížit obsah amoniaku a močoviny ve zředěném vodném roztoku pod 10 ppm. K tomuto účelu se nechá procházet do horní, části reakční kolony , kapalina při takové ' teplotě a takovém tlaku, že se v ní může tvořit plynné fáze a do spodku reakční kolony se přivádí inertní plyn, který jednak slouží k zahřátí a jednak jako čisticí prostředek.
Předmětem vynálezu je způsob odstraňování močoviny, amoniaku a kysličníku uhličitého ze zředěných vodných ' roztoků hydrolýzou močoviny s následnou desorpcí amoniaku a kysličníku uhličitého, vyznačující se tím, že se tento roztok, z něhož se s , výhodou před zpracováním v reakční koloně odstraní amoniak ' a kysličník uhličitý v zóně pro předběžnou desorpci, při tlaku 0,1 až , 0,5 MPa, přivádí pod tlakem 1 až 3 MPa do horní části- reakční kolony a proudí směrem shora dolů v - protiproudu k proudu plynu, s výhodou vodní páry o , tlaku 1,5 až 4,2 MPa, v horní části kolony se udržuje teplota 170 až ,220 % na spodku kolony se udržuje teplota 180 až 230 °C, z horní části kolony se odvádí plynná směs s obsahem· amoniaku, kysličníku uhličitého a vodní páry a z dolní části se odvádí vodný roztok amoniaku a kysličníku uhličitého, s obsahem pod 10 ppm močoviny, načež se z tohoto roztoku odstraňuje při tlaku 0,1 až 0,5 MPa amoniak a kysličník uhličitý a získaná plynná směs se vede od zóny pro předběžnou desorpci.
V případě, že zpracovávaná kapalina obsahuje poměrně vysoké množství amoniaku, jako je tomu například v případě, že se užije kondenzátu, získaného při výrobě močoviny, je výhodné odstranit tuto látku před uvedením roztoku do reakční kolony v předběžné desorpční zóně . při tlaku 0,1 až 0,5 MPa, čímž se odstraní poměrně velké množství amoniaku i kysličníku uhličitého. Toto odstranění amoniaku a kysličníku uhličitého musí být provedeno do takového stupně, aby ve spodku reakční kolony, kde koncentrace močoviny je nízká, nebylo zabráněno další hydrolýze . močoviny. Při provádění tohoto způsobu je možno plynnou směs, odváděnou z reakční kolony užít ještě jako vyhřívaní a čisticí prostředí.
Vyhřívací a čisticí prostředí pro použití v reakční koloně je s výhodou vodní pára o tlaku 1,5 až 4,2 MPa. Je samozřejmé, že je možno užít i jiné plyny, tyto plyny je však zapotřebí znovu odstraňovat, čímž se zvýší náklady na provádění postupu.
Vynález bude osvětlen v souvislosti s přiloženým výkresem.
Na tomto výkrese je schematicky znázorněno zpracování kondenzátu, získaného při výrobě močoviny.
Kondenzát, obsažený v tanku 1 se přivádí pod tlakem 0,1 až 0,5 MPa, například pod tlakem 0,3 až 0,4 MPa pomocí čerpadla 2 přes výměník 3 tepla do spodní části horní poloviny kolony 4 pro předběžnou desorpci. Zde se odstraní převážná část rozpuštěného amoniaku a kysličníku uhličitého působením proudu plynu, který prochází z reakční kolony 5 a desorpční kolony 6 do spodku kolony 4 pro předběžnou desorpci. Plynná směs, která se odvádí obsahuje rovněž množství vodní páry a úplně se kondenzuje v kondenzátoru 7. Malá část kondenzátu se vrací do horní části kolony 4 pro předběžnou desorpci, převážná část se odvádí potrubím 8 k dalšímu zpracování při výrobě močoviny, například do kondenzační absorpční zóny v posledním stupni.
Roztok, zpracovaný v koloně 4 pro předběžnou desorpci obsahuje ještě kromě malých množství amoniaku a kysličníku uhličitého téměř veškeré množství původně přítomné močoviny a prochází pomocí čerpadla 9 pod tlakem 1 až . 3 MPa, například
1,25 MPa přes výměník 10 ttepla do horní části reakční kolony 5. Reakční kolona 5 je rozdělena například pomocí sít do většího počtu oddílů, čímž se usnadňuje promývání plynem. Do spodku reakční kolony 5 · se přivádí potrubím 11 proud plynu, v tomto případě páry o tlaku 1,5 až 3 MPa, například 2,5 MPa.
Změny teploty v průběhu délky kolony , se řídí množstvím přiváděné vodní páry a tlakem v reakční koloně 5 .tak, že teplota v horní části reakční kolony 5 je v rozmezí 170 až 220 °C a na spodku v rozmezí 180 až 230 stupňů Celsia. Při tomto tlaku, například 1,25 MPa a teplotě například 181 °C v horní části a 193 OC na spodku je průměrná teplota 185 °C. Vodní pára dodává teplo, nutné pro hydrolýzu močoviny .a pro odpaření amoniaku a kysličníku uhličitého.
Obsah močoviny v roztoku, který proudí shora dolů v reakční koloně 5 se snižuje poměrně rychle a tím rychleji, čím je teplota vyšší. Bylo prokázáno, že po určité době je konečná koncentrace močoviny určována koncentrací amoniaku a kysličníku uhličitého v roztoku. Z tohoto důvodu je často zapotřebí provést předběžnou desorpci amoniaku a kysličníku uhličitého, aby в
bylo možno dosáhnout obsahu močoviny 10 ppm nebo nižší. Je například možno dosáhnout tohoto cíle při průměrné teplotě 185 stupňů Celsia- a minimálním pobytu v reakční koloně 5 celkem 70 minut. Při vyšší průměrné teplotě stačí kratší doba.
Směs plynů z reakční kolony 5 se odvádí z horní části a po expanzi v expanzním zařízení 12 se stlačí na hodnotu, nutnou pro práci kolony 4 pro předběžnou desorpci, v tomto případě 0,3 až 0,4 MPa. Tento plyn se přivádí poněkud níže než zpracovávaný kondenzát a předává část svého tepla kapalině, která proudí shora dolů.
Kapalina, která se shromažďuje na spodku reakční kolony 5, a která je v podstatě úplně prostá močoviny se vede do výměníku 10 tepla a do expanzního zařízení 13 a pod tlakem 0,1 až 0,5 MPa, například 0,35 MPa se vede do horní části desorpění kolony 6. Směs plynného amoniaku, kysličníku uhličitého a vodní páry, uvolněné při expanzi se okamžitě oddělí a zbývající kapalná fáze prochází směrem dolů v desorpění koloně 6 proti proudu proti vodní páre·, přiváděné přívodem 14, jejíž teplo je dostatečné k odpaření amoniaku a kysličníku křemičitého, takže se obsah amoniaku sníží na 10 ppm nebo nižší. Takto odstraněný amoniak a kysličník uhličitý spolu s vodní párou se vedou do spodku kolony 4 pro předběžnou desorpci a slouží k zahřívání a čištění zpracovávané kapaliny.
Ze spodku desorpění kolony 6 se odebírá odpadní plyn, v němž koncentrace močoviny a amoniaku je 10 ppm nebo nižší. Část tepla z tohoto odpadu se užije ve výměníku 3 tepla pro předehřátí kapaliny, zpracovávané v koloně 4 pro předběžnou desorpci. Proud odpadního materiálu se pak popřípadě chladí v chladiči 15 vodou a pak se odvádí potrubím 18.
Vynález bude osvětlen následujícím příkladem.
Příklad
Kondenzát, získaný v závodu na výrobu močoviny s produkcí 1500 tun močoviny denně byl zpracováván svrchu uvedeným způsobem. Všechna další množství jsou uvedena v kg za hodinu.
333 kg kondenzátu obsahovalo 4,38 % hmotnostních amoniaku, 2,95 % hmotnostních kysličníku uhličitého a 1,09 % hmotnostních močoviny. Kondenzát byl zahřát ve výměníku 3 tepla ze 42 °C na 125 °C. V koloně 4 pro předběžnou desorpci byl tento roztok nejprve veden do protiproudu pod tlakem 0,343 MPa vzhledem k 1147 kg plynné směsi z reakční kolony 5, která sestává ze 66 kg -amoniaku, 252 kg kysličníku uhličitého a 829 kg vodní páry o teplotě 181 °C a pak vzhledem k 5562 kg plynné směsi z desorpění kolony 6, která obsahovala- 421 kilogramů amoniaku, 5 kg kysličníku uhličitého a 5136 kg vodní páry o teplotě 136 stupňů Celsia. Z horní části kolony 4 pro předběžnou desorpci bylo odváděno- 2293 kg amoniaku, 1720 kg kysličníku uhličitého a 2528 kg vodní páry. Tato plynná směs byla úplně kondenzována a část takto získaného roztoku o teplotě 54 °C s obsahem 876 kg amoniaku, 657 kg kyslinčíku uhličitého a 966 kg vodní páry byla navrácena - do kolony 4 pro předběžnou desorpci. Zbývající část s obsahem 1562 kg vody, . 1417 kg amoniaku a 1063 kg kysličníku uhličitého - byla vedena zpět pro výrobu močoviny.
Ve stupni, v němž se odvádí předběžná desorpce bylo tedy odstraněno celkem -75 % původního množství amoniaku.
Kromě 30 349 kg vody obsahoval roztok po desorpci 310 kg amoniaku, 31 kg kysličníku uhličitého a 319 kg močoviny a byl přiveden Čerpadlem 9 pod tlakem 1,226 MPa po zahřátí ze 135 °C na 183 °C výměníkem 10 tepla do horní části reakční kolony 5. Do spodku reakční kolony 5 bylo přiváděno 1700 kg vodní páry o teplotě 225 °C a tlaku 2,45 MPa. Močovina, přítomná v tomto materiálu byla téměř úplně hydrolyzována na amoniak a kysličník uhličitý. Plynná směs uvedeného -složení byla odváděna a expandována z 1,47 MPa na 0,343 MPa.
Produkt ze spodku reakční kolony 5 sestával z 31127 kg vody, 419 kg amoniaku a 6 kg kysličníku uhličitého a byl užit pro předehřívání materiálu, přiváděného do reakční kolony 5, čímž došlo k poklesu jeho teploty ze 193 na 146 °C. Expanzí v horní části desorpění kolony 6 byl tlak znovu snížen na 0,343 MPa a teplota byla dále snížena na 136 °C. V -této desorpění koloně 6 byl svrchu uvedený roztok čištěn použitím 5000 kilogramů vodní páry o teplotě 147 °C. Při provádění tohoto postupu vzniklo 5562 kg svrchu uvedené plynné směsi, která byla pak přiváděna do spodku kolony 4 pro předběžnou desorpci. Voda, která byla odváděna ze spoduk desorpění kolony 6 byla nejprve použita k předehřívání kondenzátu, který měl být zpracován, čímž její teplota poklesla ze 139 na 63 °C a pak byla dále chlazena vodou až na 40 °C, načež byla odvedena. Tato voda obsahovala 6 ppm amoniaku a 8 ppm močoviny.