DE2065942A1

DE2065942A1 - Verfahren zum behandeln von gasen bei der ammoniaksynthese

Info

Publication number: DE2065942A1
Application number: DE2065942A
Authority: DE
Inventors: Mario Guadalupi
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1969-11-15
Filing date: 1970-11-13
Publication date: 1977-06-02

Description

Snaiü Progetti tV.p.A.. Mailand. Italien

Verfahren zum Behandeln vor. Oasen bei der Ammoniaksynthese

as Jirfinduzig bezieht sieb auf ein Verfahren zum Behandeln von Gasen in der Ammoniaksynthese*

Ba ist bekannt, daß bei der Anlage für die Ammoniaksynthese die trennung des Ammoniaks von den nicht-umgesetzten, den Bynthesereaktor verlassenden Gasen gewöhnlich durch fraktionelle Kondensation_f zunächst in einem wassergekühlten Kondensator» dann in einem oder mehreren Kondensatoren, die durch Verdampfung von Ammoniak gekühlt werden, durchgeführt wird.

Die Zuführung des frischen Synthesegemisches erfolgt im allgemeinen vor der Endkondensationsstufe, die durch Verdampfen von Ammoniak gekühlt wird, so daß das in dieeer Speisung enthaltene Wasser entfernt wird. Srfindungsgemäß soll ein Verfahren für eine vollständige Behandlung des gasförmigen, den Ammoniaksynthesereaktor verlassenden Strom soitfohl hinsichtlich der Ammoniakabtrennung und der Dehydratisierung des Rückführströme und des frischen Einsatzes

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gefunden werden» wodurch,, wie gezeigt werden wird, sich einige wirtschaftliche und arbeitstechnische Vorteile bezüglich bereits bekannter Anlagen ergeben.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird der gasförmige, den Pynthesereaktor verlassende -Strom nach einer möglichen Wärmerückgewinnung und Kühlung einem Filmabsorber zugeführt«.

Bei dieser Iforrichtung, strömt der gasförmige Strom nach oben im G-egenstrom zu einem flüssigen 3'ilm« der entweder aus Wasser oder einer schwachen Ammoniak-Wasserlösung besteht,, welche den im gasförmigen Strom vorhandenen Ammoniak absorbiert; diese Vorrichtung ist mit Kühleinrichtungen versehen, um die Absorptionswärme des Ammoniaks zu beseitigen.

Durch die starke Kühlung des Slüssigkeitsfilms und des Gregenstrom-Fiassenübergangs werden sehr starke Ammoniaklösungen erhalten. Das gewaschene* den Absorber verlassende Gas hat einen sehr niedrigen Ammoniakgehalt ίθ,2 - 0*5 LoI >-^ und ist mit Wasser gesättigt.

Nach dem Ablassen der Inertgase, derart, daß deren !konzentration im Zyklus konstant gehalten wird, wird der frische Einsatz dem gasförmigen Strom zugesetzt, bevor der gesamte Strom der Dehydratisieiungsstufe zugeführt wird.

Die Dehydratisierung wird durchgeführt«, indem in den gasförmigen Strom flüssiger Ammoniak eingespritzt wird, der durch adiabatische Verdampfung für eine starke Kühlung und für die Kondensation des darin enthaltenen Wassers sorgt.

Die Verwendung eines geeigneten Wärmeaustauschers zwischen dem feuchten Strom und dem getrockneten ermöglicht es» sehr

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niedrige Sättigungstemperaturen f~25 bis JO⁰V-) bei geringer Heiige verdampften Ammoniaks zu erreichen. Der eingespritzte flüssige Ammoniak befindet sich im Überschuß bezüglich der unbedingt notwendigen Kenge und dieser Überschuß wird aus dem umlauf als starke Ammoniaklösung abgezogen:: der im ■%erschuß vorhandene Ammoniak und somit die Konzentration der Auslaßlösuag werden so geregelt«, daß nicht mehr als 2 5 ppm Wasser im getrockneten G-as vorhanden sind.

Hacn dem Einspritzen von Ammoniak wird der Strom einem Separator zugeführt, in welchem die genannte starke Ammoniaklösung und ein getrockneter gasförmiger Strom getrennt werden; die getrockneten Gase, nachdem sie als MhIfluid durch einen Wärmeaustauscher im Gegenstrom zum feuchten Strom getreten sind«, werden entweder einem Kompressor oder anderen geeigneten Einrichtungen zugeleitet, und es erfolgt eine'Kreislaufrückführung zum Synthesereaktor.

"Das meiste in den feuchten Gasen vorhandene Wasser wird innerhalb des Wärmeaustauschers kondensiert und als schwache Ammoniaklösung abgezogen; das Restwasser wird mit der starken, aus dem Separator kommenden Ammoniaklösung entfernt.

.Die auf diese Weise erhaltene Ammoniaklösung wird einer Jiestillationszone zugeführt, wo in wohlbekannter Weise das Ammoniak vom Wasser bei hohem Reinheitsgrad, d. h. 99?9 a>» getrennt wird.

Bezüglich des Trocknungsverfahrens muß bemerkt werden, daß Wasser eine hohe Lösungsgeschwindigkeit in Ammoniak aufweist und daß, je größer die Kontaktfläche zwischen den zu behandelnden Gasen und dem flüssigen Ammoniak ist, desto höher diese Geschwindigkeit wird»

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~)a die Verdampfung flüssigen .uMroniak-s eine gewisse Zelt erforderlich macht, können djsse beiden Tatsachen ausgenutzt werden, um eine ausgezeichnete rehydratisierung der Oase ohne deren .Sättigung mit Aru.aioa.iak zu erreichen, indem die "Kontakts; ei t realisiert wird»

Für diesen Z-iveck vird fluss:! ßss Ammoniak in den" gasförmigen. Strom in einer Vorrichtung en-agesprvkat. die geeignet ist« um eine hohe Koutaktflächö .i/u ^r^aber-, so daß es möglich wird, die üontaktzeit mit den o'ben g.-r):;.-,'DD.teii Ergebnissen zu reduzieren.,

Beispielsweise lediglich kanu dieser ''--chritr durchgeführt Werden, indem die G-ase durch ein V'enfcurirohr beschleunigt werden; flüssiges Ammoniak wird in diese Vorrichtung eingespritzt? die hohe, so erzeugte Turbulenz erzeugt eine hohe kontaktflächen

Hinter dem "/enturirohr ist ein Separator oder eine andere geeignete "Einrichtung vorgesebsn, die die Lontaktfläche zu reduzieren in der Zage ist»

Je größer die Eontaktfläche» dssto enger kann dieser :'epa™ rator sein, wodurch man eine ausgezeichnete Jlntwässei^ng ohne Sättigung der Gase mit Ammoniak -srhäJ, I:,, da die reduzierte KoritaktEeit nicht J.?:ng genug i3^!·» um große !'■"■·:.·nie.en an Ammoniak su verdampf en _s während eine ^x-oße ■: ontaktfläche zn einer guten Täitv/ässerung führt.

JBin anderes wichtiges Merkmal der Erfindung für den Fall, wo ein Ceil oder die Gesamtheit des erzeugten Aimnoniaks zur Herstellung von Harnstoff verwendet wird,, ist in der itfos·™ lichkeit su sehen, einen Teil oder die Gesamtheit der Anmoniak-Waaserlösung; die im Vilmabsorber erhajten wuvde.

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auszunutzen, um das in den rohen Ammo&iaksynthesegasen enthaltene Kohlendioxid -zu absorbieren, welches aus der Kohlen-Eionoxid-TTrawandluagsstufe kommt; diese Absorption erfolgt unter solchen Bedingungen, daß Aminoniumcarbamat erzeugt wird., welches anschließend seine nnwandlung in Farnstoff erleidet., yrährena die kohlendioxidfreien Gase«, nach mögliclien weiteren, auf dem. /Fachgebiet bekannten Behandlungen der Pelajdratla'i-sr-ing und der Ammoniaksynthese zugeführt werden.

Ido; durch Έ_ο::51_? gebildeten Am^oniaksynthesegase werden im allgemeinen riurcii r_fcliwache Oxidation Λ^οη ]-.ohlenv;asserstoffen erzeugt (d. h. durcli lampi'refarmierung, T'eiloxidation mit O^ etc.}; die erzeugten G-ase werden weiteren Forgängen, beispielsweise der KohlendioKidumwandlung, oder dem Abziehen von .Kohlendioxid und restlichen sauerstoffhaltigen Kohlenstoff verbindungen zugeführt.

ΥΔ t dem erf indungsgemäßen. 7erf ah3?en x-iird es möglich, zwei teuere ^Γϊ.τ-eimstufen in modernen Anlagen für die Produktion von .üjaffioüiak zu vermeiden, das ist die Kohlendioxid-2atfernu-ngsstufe mit Lösungsmittel-H-egeneration und die Ammoniaktreimstufe«

''"n geeigneten "'orriclrfcurißen daher, die es ermöglichen, eine sehr hohe .,ontaktfl&clie awischen Gasen und Flüssigkeiten i-.u errceichew kann ein './eil oder cJ e Gesamtheit der Ammoniak-Y/apsei-.lösung,_? die nach dem /erfahren der Erfindung erhalten vw-v-öc, ausgenutzt- vierden, um das Kohlendioxid in den rohen i^mmoniaksjni'beseßasen ^r&v. entfernen^ wodurch auf diese Weise eine i^j-.mnoßiuißcarbamat;lösuiig erhalten wird₅ die anschließend ■⁴hrer ^^Tmfo?^mu.nG in Harastoff augeführt wird.

Vie Absorption des lioni-öndioxids kann zweckmäßig im Ijruck-

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bereich durchgeführt werden, der gewöhnlich bei den Harnstoff syntheseverfahren benutzt wird. Wie erwähnt, werden, die kohlendioxidfreien Gase dem Ammoniaksynthesereaktor augeführt, nachdem sie anderen bekannten Operationen ausgesetzt wurden..

Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, in der ein besondere Ausführungsform der Erfindung ohne die OC^-Absorptionsstufe dargestellt ist.

Nach der Zeichnung werden die Abströme aus dem Syntbese-

reaktor i bei einem Druck zwischen 80 und %80 kg/cm , gegebenenfalls nach Wärmerückgewinnung und Kühlung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, über 6 an einen Filmabsorber 2 gegeben, in welchem der gasförmige Strom nach oben innerhalb vertikaler Rohre im Gegenstrom zu einem Flüssigkeitsfilm strömt, der nach unten auf der Rohrfläche fließt und das in den Gasen vorhandene Ammoniak absorbiert.

Diese Flüssigkeit kann entweder aus Wasser oder einer schwachen Ammoniaklösung bestehen und wird über iO in 2 eingespeist.

Die Ammoniakabsorptionswärme wird entfernt, indem Wasaer außerhalb der Rohre, das ist auf der Hantelseite, strömen gelassen wird, wobei des Wasser über 11 ein- und über 12 austritt.

Sine starke Ammoniaklösung tritt über 7 am Boden des Filmabsorbers aus, und von seinem Kopf tritt über 8 ein gasförmiger Strom mit einem sehr niedrigen Restammoniakgehalt aus, das sind 0,2 bis 0,5 KoI %, der praktisch mit Wasser gesättigt ist und, nach Ablassen der Inerten Gase aus 9,

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'Xtfird der frische Einsatz über 15 zugeführt»

3er resultierende gasförmige Strom wird über 14· dem Wärmeaustauscher J augeführt_t in welchem der größte Seil seiner Warme an die gekühlten, getrockneten Gase übergeben wird, die aus dem Separator 4 kommen und bei '8 eintreten.

Diese Rühlwirkung sorgt für die kondensation des größten Ueils des in den Gasen vorhandenen wassers* auf diese Weise wird vom Boden des Aus tauschers 5. über "15 eine schwache Ammoniaklösung abgezogen. 5as trocknen wird abgeschlossen, indem in die aus dem Wärmeaustauscher J über 17 austretenden. Gase flüssiges Ammoniak eingespritzt wird, welches durch adiabatische Terdampfung in dem Gasstrom für dessen Kühlung und damit für die Kondensation des enthaltenen Wassers sorgt. Dieses flüssige Ammoniak wird in 1? durch 16 eingeführt.

i)as resultierende Gemisch tritt in den Separator 4 ein; eine starke Ammoniaklösung wird vom Boden dieses Separators über 19 abgeführt5 ein getrockneter, gasförmiger Strom verläßt den Separator über 18 und enthält nicht mehr als 2 - 3 ppm Wasser und wird als Kuh!fluid zum Wärmeaustauseher 3 geführtί die Gase strömen dann über die Leitung 20 und 21 zum Kompressor 5» der sie im Kreislauf zum Synthesereaktor Ί rückführt.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie zu begrenzen,

Beispiel

Das Beispiel bezieht sich auf eine ßyntheseanlage für die Herstellung von 1200 Sonnen Ammoniak pro 2ag.

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..,λ& ctroiL νοα 7^0^9-0 .ifcr/h verlaß'' den c'ynthesereakmj"; diesel* otroic bat die folgende ^usnaaiensefczung bei einem ,'ruck von "^:25 Ätnosphär: . en absolut.

58,99 Vol. % H₂ 19,68 VoI₀ %... CH₄ 7,58 V₀], h Ar 3_S25 VoIo % TtfH^ 10,50 Vol. ».

Nach Kühlung dieses Stroms bis auf 40 C herab wurde dieser zum Boden des Filmabsorbers 2 geführt.

48j969 kg^/-h einer 10/^igen 'Gewicht) Ammoniaklösung wurden zum Kopf des Absorbers geführt.

408_?865 kg/h einer Ammoniaklösung mit 60 Gewichts-^» iiniaoriiak. verließen de
G-ase über 8«

verließen den Absorber 2 über 7 und 701.190 Ifci/h gewaschener

Me Gase hatten bei einer Temperatur von 4-5°C die folgende Zusammensetzung, "bezogen auf die irockenmasse?

H₂	65,59	Vol. i>
N₂	21_?9O	VoI, %
CH₄	8,40	Vol.« %
Ar	3,61	VoI. %
ΪΙΗ,	0,50	VoI ο %

SättiguxLgswasser 525 kg/h«,

10,900 KmVh dieser Gase wurden über 9 abgeführt.

_ 9 —

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Das frische Speisegemisch, welches über 13 eingeführt hatte die folgenden Merkmale;

Strömungsdurchsatz 142,170 Miar/h

Zusammensetzung

H₂ 74ι17 Vol. %

M₂ 24,92 Vol. %

CH₄ 0,82 Vol. %

Ar 0,29 Vol. %

60 kg/b·

Die beiden Gasströme wurden vermischt, bevor sie in den WHmeaustauscher 5 eintraten; der gesamte Strom hatte die folgende»

Strömungadurchsatz 3?2,460 NmVh Druck 122 Atmosphären absolut Temperatur 44⁰G Zusammensetzung (Trockenbasis)

H₂ 68,08 Vol. % N₂ 22,35 Vol. % GH₄ 7,12 Vol. % Ar 3,04 Vol. %

NH₃ 0,41 Vol. %

Sättigungswafeer 607 kg/h.

Auelad des Wärmeaustauschers hatte der Strom die folgenden Merkmale?

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JHf-

a) Gas

■I'emperatur Wassergehalt

5⁰C

•18,5^W<
55 kg/h

b ) Axumoniakl ö sung S trennung & du r cfo s a t ζ Aiomoniakgelial t Wassergehalt

40 Gewichts-# 70 ü-ewichtg}·-^

Bas' flüssige Ammoniak wurde mit 10„665 kg/h eingespritst und verdampfte fast vollständig., es kühlte den gasförmigen Strom von -18,5°?- auf -28⁰G.

Der Separator 4 ergab beim Gleichgewicht;

a) 350 kg/h 90-ge-wichtsprozeiitiger Ammoniaklösung

b) 846,000 Nm'/h an Gasen mit der folgenden Zusammensetzung?

Ηί>,	66	₅ο	VoI₀	70
N₂	22	,0	Vol.	%
	7	»ο	VoI₀	%
Ar	3	*o	Vol.	%
	2		Vol.	%
H₂O	<· 3	Ρϊ	>m

Aus dem vorstehenden lassen sich sämtliche wirtschaftlichen und arbeitstechnischen Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung ohne weiteres herleiten.

Diese Teile lassan sich von der ausgezeichneten Absorption des Ammoniaks im Filmabsorber herleiten.s die Absorption wird begünstigt durch die in der Vorrichtung vorgesehene Kühl-

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einrichtung., die die während der Absorption. iirfcd.ckeXte Wärme entfernte

Die Vorteile des neuen 2rocknungsverfahrens i'üi· 6 ie Hückführungsgase und für den frischen Einsatz liegen auf der Hand? dieses neue "Verfahren ermöglicht es, mit sehr einfachen Torrichtungen eine gute Drocknung und gleichseitig einen sehr guten thermischen Wirkungsgrad zu erreichen.

Es lohnt sich auch darauf hinzuweisen, daß das Verfahren nach der Erfindung teilweise in den bekannten Verfahren der Ämrp.oniaksynthese sich in dem Sinne einsetzen läßt, daß entwe: sr allein die Absorptionsstufe mit dem Filmabsorber oder

Hein die jehydratisierungsstufe für im. Kreislauf rüokgeiührte und frisch eingeführte Gase mit dem Abschrecken, des Ammoniaks und dem Wärmeaustauscher in Anlagen ausgenutzt werden können, die in anderer Hinsicht bekannte Verfahren und Vorrichtungen ausnutzen°

Patentansprüche %

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Leerseite

Claims

P 20 55 997.1-41 Trennakte II PATENTANSPRÜCHE

1. YerfahrejQ zum Behandeln der Gase der Ammoniaksynthese, bei dem der Abstrom aus dem Ammoniaksynthesereaktor durch Absorption im Gegenstrom von dem darin enthaltenen Ammoniak befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absorption des Ammoniaks aus dem Synthesereaktorabstrom ein IPilmabsorber verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Synthesereaktor kommenden Gase an einen Vertikalrohraustauscher geführt werden, wo sie im Gegenstrom innerhalb der Rohre zu einem flüssigen nach unten fließenden EiIm strömen, derart, daß der flüssige JiIm das in den Gasen enthaltene Ammoniak absorbiert.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schwachen, im Wärmeaustauscher erzeugten Ammoniaklösungen aus dem Synthesezyklus abgezogen werden.

4.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,da

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durch, gekennzeichnet, daß der gasförmige vom Filmabsorber kommende Strom auf einen Restammoniakgehalt zwischen 0,2 und 0,5 Mol $ gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gegenstrom zum Synthesereaktor abströmende Absorberflüssigkeit aus Ammoniak oder schwachen Ammoniaklösungen besteht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Filmabsorber erhaltene Ammoniak-Wasserlösung verwendet wird, um in geeigneten Vorrichtungen das in den rohen Ammoniaksynthesegasen enthaltene Kohlendioxid zu absorbieren, wobei dieses aus der Kohlenmonoxidumwandlung stammt, während die kohlendioxidfreien Gase nach weiteren Behandlungsstufen der Ammoniaksynthesestufe zugeleitet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ?ü den rohen Ammoniaksynthesegasen enthaltene Kohlendioxid mittels der im Filmabsorber erzeugten Ammoniak-Wasserlösung bei einem Druck in der Größenordnung der Harnstoffsynthese absorbiert wird.

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