DE2748639C2

DE2748639C2 - Verfahren zur Abtrennung von reinem Ammoniak und reinem Kohlendioxid aus einem Ausgangsgemisch aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser

Info

Publication number: DE2748639C2
Application number: DE2748639A
Authority: DE
Inventors: Andreas Johannes Urmond Biermans
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1976-11-03
Filing date: 1977-10-29
Publication date: 1986-09-25
Also published as: GB1559039A; NO773762L; NL7612163A; CU34789A; IE45824L; IE45824B1; NO151116B; IT1090048B; NO151116C; NL168196C; JPS6256084B2; BE860418A; FR2370247A1; NL168196B; SU869551A3; US4163648A; JPS5383999A; CA1100286A; FR2370247B1; DE2748639A1

Description

a) der der Kohlendioxid-Rektifikation zugeführte Strom aus dem Sumpfgemisch der Ammoniak-Rektifikationskolonne und ggf. dem Ausgangsgemisch, wenn die Zusammensetzung des letzteren auf der kohlendioxidreichen Seite des Azeotrops NH3/CO2 liegt oder der Zusammensetzung dieses azeotropen Gemisches nahekommt, gebildet wird,

b) das Ammoniak in der Ammoniak-Rektifikationskolonne bei einem Systemdruck zwischen 15 und 20 ata abgetrennt wird und

c) die Kohlendioxid-Abtrennung bei einem Systemdruck vorgenommen wird, der im Bereich von dem in der Ammoniak-Rektifikationskolonne angewandten Systemdruck bis zu maximal dem Zweifachen des Systemdrucks in der Ammoniak-Rektifikationskolonne liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Sumpfgemisch der Kohlendioxid-Rektifikationskolonne sämtliches Kohlendioxid und Ammoniak desorbiert wird, das so desorbierte Gasgemisch in die Ammoniak-Rektifikationskolonne zurückgeführt und zumindest ein Teil des dabei verbleibenden Abwassers zur Verdünnung des der Kohlendioxid-Rektifikationskolonne zugeführten Stroms verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von reinem Ammoniak und reinem Kohlendioxid aus einem Ausgangsgemisch aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser in einer Ammoniak-Rektifikationskolonne und in einer gesonderten Kohlendioxid-Rektifikationskolonne, wobei ein der Rektifikationskolonne zugeführter Kohlendioxid und Ammoniak enthaltender Strom mit Wasser verdünnt wird, und zwar in einem Gewichtverhältnis von Wasser zu Strom von 0,2 :1 — 6:1.

Bei vielen chemischen Prozessen fallen als Nebenprodukt Gasgemische an, die NH₃ und CO2 sowie H2O enthalten, z. B. bei der Synthese von Melamin aus Harnstoff. Um das dabei entstehende NH₃ und CO2 nach der Abtrennung des gebildeten Melamins für die Harnstoffsynthese wieder einsetzen zu können, müssen aus dem Gasgemisch NHi und CO2 in möglichst reiner Form abgetrennt weiden. Dies ist jedoch schwierig, weil in solchen NH₃-CO₂- bzw. NHj-CO₂-H₂O-Systemen konstant siedende azcotrope Gemische entstehen, die eine Auftrennung in die einzelnen Komponenten des Gemisches erschweren.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wurden be-Unter der Bezeichnung »Systemdruck« ist hier die Summe der Partialdrucke von NHj, CO2 und H2O zu verstehen.

In der NL-OS 143 063 ist beispielsweise ein Verfahren beschrieben, bei dem NH3 unter erhöhtem Druck in einer wäßrigen Lösung eines Ammoniumsalzes einer starken Säure (z. B. NH₄NO₃) absorbiert wird. Aus der DE-PS 6 69 314 ist ferner die selektive Absorption von CO2 bekannt, bei dem ein Gasgemisch mit einer wäßrigen Alkanolaminlösung, beispielsweise Monoethanolamin, gewaschen wird. Nachteilig an diese selektiven Absorptionsverfahren ist, daß die absorbierte Komponente nach der Abtrennung von dem Absorptionsmittel wieder befreit und gereinigt werden muß.

Verfahren, bei denen das Ammoniak und das Kohlendioxid bei unterschiedlichen Systemdrucken abgetrennt werden, d. h. sogenannte Druckdifferential-Verfahren, sind bereits aus der US-PS 31 12 177 und den DE-AS 15 92 349 und 11 18 765 bekannt.

Nach dem aus der US-PS 31 12 177 bekannten Verfahren wird aus einem Gemisch von NHj, CO2 und H2O, dessen Zusammensetzung auf der NHi-armen Seite des Azeotrops NH3/CO2 liegt, in einer ersten Stufe bei einem Systemdruck zwischen 1 und 5 ata CO2 abgetrennt. Die dabei erhaltene Flüssigkeit wird anschließend bei einem Gesamtdruck von 1 ata beispielsweise mit Methan abgestreift. Hierdurch wird der Systemdruck herabgesetzt und es entweichen NH3 und eine geringe Menge CO₂, so daß ein CH₄/NH₃/CO2-Gasgemisch mit einem Druck von insgesamt 1 ata erhalten wird. Um im Gasgemisch vorhandene CO2-Spuren zu entfernen, wird ein Teil dieses Gasgemisches kondensiert. Dabei wird das CO2 in das flüssige NH₃ aufgenommen.

Bei dem aus der DE-AS 15 92 349 bekannten Verfahren wird ein aus NH₃ und CO2 bestehendes Gasgemisch, dessen NH₃/CO2-Verhältnis auf der NHj-reichcn Seite des Azeotrops liegt, in Wasser oder einer wäßrigen Lösung absorbiert. Aus der so erhaltenen wäßrigen Lösung wird bei Atmosphärendruck NH₃ abdestillieri. Die restliche Lösung wird bei einem Druck zwischen 5 und 20 ata unter Erhitzen einer fraktionierlen Destillation unterzogen, um das CO2 zu entfernen.

Aus der DE-AS 11 18 765 ist ein Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Ammoniak aus dem Starkwasser von Kokereien und dgl. bekannt, bei dem Starkwasser (ein Gemisch von NH₃, CO2 und Wasser) verdünnt und unter Drucken von 10 bis 15 atü entsäuert wird, wobei gleichzeitig neben einem Teil des darin enthaltenen CO2 sämtlicher H2S daraus entfernt wird. Der Druck, unter dem bei diesem bekannten Verfahren die Ammoniakabtrennung durchgeführt wird, kann obgleich nicht ausdrücklich angegeben, nur Atmosphärendruck sein, da das Ammoniak in einem Wäscher unter Kühlung entfernt wird und deshalb das Gemisch aus NHj, CO2 und H₂O aus dem Abtreiber bei den angegebenen Temperaturen von 50 bis 70⁰C gasförmig und deshalb nicht unter Druck eingeleitet wird.

Nachteilig an den vorgenannten bekannten Druckdifferential-Verfahren ist, daß das Ammoniak nur bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck (im allgemeinen

etwa Atmosphärendruck) zurückgewonnen werden kann. Dies ist besonders energie- und zeitaufwendig, weil das anfallende Gasgemisch in aller Regel unter einem hohen Druck steht und das abgetrennte Ammoniak auch wieder unter hohem Druck in die H.irnstoffsynthese zurückgeführt werden muß. Bei den bekannten Verfahren muß daher das anfallende Gasgemisch vor der Abtrennung des Ammoniaks entspannt werden und das abgetrennte Ammoniak muß anschließend wieder auf den gewünschten Druck komprimiert werden.

Der Energieaufwand für eine solche Kompression ist jedoch beträchtlich und außerdem muß die CCb-Konzentration im NH3 äußerst niedrig gehalten werden, um die Bildung von festem Ammoniumcarbonat im Verdichter und in den Hochdruckleitungen zu vermeiden. Auch eine andere Möglichkeit, das gasförmige NH3 durch Tiefkühlung zu verflüssigen und anschließend auf den erforderlichen Druck zu bringen, bedingt einen hohen Energieaufwand.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein einfacheres und weniger aufwendiges Verfahren zur Abtrennung von reinem Ammoniak und reinem Kohlendioxid aus einem Ausgangsgemisch aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser zu entwickeln.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann mit einem Verfahren zur Abtrennung von reinem Ammoniak und reinem Kohlendioxid aus einem Ausgangsgemisch aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser in einer Ammoniak-Rektifikationskolonne und in einer gesonderten Kohiendioxid-Rektifikationskolonne, wobei ein der Kohlendioxid-Rektifikationskolonne zugeführter, Kohlendioxid und Ammoniak enthaltender Strom mit Wasser verdünnt wird, und zwar in einem Gewichtsverhältnis von Wasser zu Strom von 0,2 :1—6 : 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) der der Kohlendioxid-Rektifikation zugeführter Strom aus dem Sumpfgemisch der Ammoniak-Rektifikationskolonne und ggf. dem Ausgangsgemisch, wenn die Zusammensetzung des letzteren auf der kohlendioxidreichen Seite des Azeotrops NH3/CO2 liegt oder der Zusammensetzung dieses azcotropen Gemisches nahekommt, gebildet wird,

b das Ammoniak in der Ammoniak-Rektifikationskolonne bei einem Systemdruck zwischen 15 und 20 ata abgetrennt wird und

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nicht nur die obenerwähnte Nachteile der bekannten Verfahren weitgehend beseitigt, es ist darüber hinaus auch möglich, das bei einem Systemdruck zwischen 15 und 20 ata abgetrennte gasförmige NH3 mit Hilfe von Kühlwasser in einfacher und billiger Weise zu verflüssigen, so daß das NHj gepumpt werden kann und sich weiterhin eine aufwendige Verdichtungsstufe erübrigt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem Sumpfgemisch der Kohlendioxid-Rektifikationskolonne sämtliches Kohlendioxid und Ammoniak desorbiert, das so desorbiertc Gasgemisch in die Ammoniak-Rektifikationskolonne zurückgeführt und zumindest ein Teil des dabei verbleibenden Abwassers zur Verdünnung des der Kohlendioxid-Rektifikationskolonne zugeführten Stromes verwendet.

Die Sumpftemperatur der N H₃-Abtrennungsstufe wird in der Praxis im allgemeinen jedoch nicht über + 170⁰C gewählt, um diese Temperatur sowie die Temperatur der CO₂-Abtrennungsstufe, die stets etwas höher liegt, unter einem Wert zu halten, bei dem eine nicht zu akzeptierende Korrosion auftreten kann.

Aus diesem Grunde wird die Sumpftemperatur der CO>Rektifikationsstufe vorzugsweise nicht über + 200⁰C gewählt. Die Kopftemperatur der NH₃-Abtrennungsstufe ist im wesentlichen von dem angewandten Druck abhängig und liegt bei Drucken im angegebenen Bereich unter etwa +66⁰C. Die Kopf temperatur der CO2-Abtrennungsstufe ist bestimmend für die endgültige Reinheit des CO2, d. h. für den NHi-Gehalt dieses CO₂.

Im allgemeinen ist ein NH₃-Gehalt < 100 ppm bei einer Kopf temperatur bis 100° C leichter erreichbar.

Die Temperaturen am Kopf der beiden Abtrennungsstufen werden durch die NH₃-Rückflußmenge bzw. durch Menge und Temperatur des benutzten Verdünnungs- und Waschwassers bedingt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei gleichem Systemdruck in der NH3-Abtrennungsstufe und der CO₂-Abtrennungsstufe sehr gut ausführbar. Ein solches System bietet den Vorteil, daß es einfacher ist. Das Anlegen eines relativ geringen Faktors in den Druckverhältnissen kann aber vorteilhaft sein, z. B. in bezug auf die Wärmewirtschaft der NH3- und CO2-Abtrennung und die erforderliche Größe der Heizfläche.

Es ist vorteilhaft, das Verhältnis Wasser: Gemischstrom von 0,5 :1 bis 2,5 :1 zu wählen. Zwischen diesen Grenzwerten ist der zur Trennung benötigte Energieaufwand so gering wie möglich. Wird mit Werten zwischen 0,2 :1 und 0,5 :1 gearbeitet, so ist die Rektifikation immer schwieriger ausführbar, und die Folge ist, daß stets größere Substanzmengen zurückgeführt werden müssen, so daß relativ zu viel Energie für die Trennung benötigt wird. Überschreitet man den Wert von 2,5 :1, so zeigt sich die gleiche Wirkung; außerdem erhöht sich die Temperatur, bei der das CO2 abgetrennt werden kann, was mit Rücksicht auf die Korrosionsgefahr weniger erwünscht ist.

Das zu trennende Gemisch von NH3, CO2 und H2O kann eine wäßrige Lösung sein, dies ist aber nicht notwendig. Es ist auch möglich, Gasgemische von NH3, CO 2 und H2O mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verarbeiten. Die richtige Wahl der Wassermenge, mit der die Verdünnung durchgeführt wird, hängt innerhalb der gesetzten Grenzen von den faktischen Arbeitsbedingungen ab. In diesem Zusammenhang kann an eine Integration mit einer anderen Anlage oder an die Verfügbarkeit billiger (Abfall-)Wärme gedacht werden.

Die Verdünnung muß nicht mit reinem Wasser stattfinden. Auch Wasser, in dem sich geringe Mengen NH₃ oder Harnstoff befinden, ist als Verdünnungsmittel anwendbar. Auch beim Verfahren gemäß der DE-AS 15 92 349 wird der fraktionierten Destillation, bei der CO2 frei wird, eine Menge Wasser zugeführt. Das CO2 wird nämlich zur Ausscheidung der letzten NHrRückstände mit Wasser gewaschen, so daß sich keine Niederschläge bilden, die den Prozeß beeinträchtigen. Es bildet sich dabei eine Lösung von NH₃Jn Wasser, die der fraktionierten Destillation zugeführt wird, bei der CO₂ frei wird. Die hierbei verwendeten Wassermengen sind nur

gering. Die Menge ist jedenfalls entschieden zu niedrig, um das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erzielen, nämlich, daß bei gleichem Systemdruck bzw. mit einem relativ niedrigen Druckverhältnis NH3 und CO2 auf zufriedenstellende Weise abgetrennt werden können. Die Wahl der Abtrennungsstufe, der das zu trennende Gemisch zugeht, wird im Prinzip durch das Molverhältnis NH3/CO2 bedingt. Liegt dieses Verhältnis auf der NF^-reichen Seite des Azeotrops, so wird zuerst NHj abgetrennt. In den anderen Fällen wird das Gemisch zuerst der CC>2-Abtrennung unterzogen.

In einigen Fällen empfiehlt es sich aber, von dieser Wahl abzuweichen. Hat man es nämlich mit einer stark verdünnten Lösung von NH3 und CO2 in Wasser zu tun, so kann es vorteilhaft sein, die Flüssigkeit in erster Linie ganz oder teilweise einer Desorption zu unterziehen, wobei zum einen nahezu reines Wasser anfällt und sich zum anderen ein Gasgemisch von NH3, CO2 und H2O bildet, das sich erfindungsgemäß in die einzelnen Komponenten aufteilen läßt. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die NH3- und CO₂-Abtrennung bei nahezu gleichem Systemdruck durchgeführt werden, und das zu trennende Gemisch eine Zusammensetzung auf der NH3-reichen Seite des Azeotrops NH3/CO2 hat und der NHj-Abtrennung zugeführt wird;

F i g. 2 ein Schema wie in F i g. 1, bei dem die Abtrennungsstufen mit unterschiedlichen Drucken durchgeführt werden;

F i g. 3 ein Schema wie in F i g. 1, bei dem das zu trennende Gemisch, das eine Zusammensetzung auf der COvreichen Seite des Azeotrops NH3/CO2 hat, der CC>2-Abtrennungsstufe zugeführt wird;

F i g. 4 ein Schema wie in F i g. 1, bei dem das zu trennende Gemisch, das eine stark verdünnte Lösung von NHj und CO2 in Wasser ist, einem Desorptionsgefäß zugeführt wird.

In F i g. 1 strömt ein Gemisch von NH3, CO2 und H2O durch die Leitung (1) und die Pumpe (2), zu einer NHj-Rektifikationskolonne (3). Am Kopf der Kolonne (3) tritt durch die Leitung (4) NH3 aus. Dieses NH3 kann im Kondensator (5) durch Kühlung kondensiert werden. Aus dem Kondensator entweicht ein nicht kondensiertes, aus NHj und Inertgas bestehendes Gasgemisch. Dieses Inertgas stammt von der Luft, die der Anlage zugeführt wird, damit die in den Gefäßen und Leitungen benutzten Konstruktionswerkstoffe in passiviertem Zustand bleiben, so daß eine nicht akzeptable Korrosion vermieden wird. Statt Luft kann selbstverständlich auch Sauerstoff oder ein Sauerstoff abgebender Stoff für diesen Zweck benutzt werden. Die Luft wird durch Verdichter (6) und die Leitungen (7) und (8) zum Teil in die NH₃-Rektifikationskolonne (3) eingeleitet und zum anderen Teil durch die Leitung (9) dem Desorptionsgefäß (10) zugeführt. Das vom Kondensator (5) stammende Gasgemisch wird im Wäscher (11) durch Behandlung mit durch die Leitung (34) herangeführtem Wasser vom NH₁ befreit. Dabei wird eine Menge Absorptionswärme abgeführt, indem man einen Teil der anfallenden, durch die Pumpe (12) abgeführten wäßrigen NH3-Lösung im Umlaufkühler (13) kühlt und durch die Leitung (14) in den Wäscher (11) zurückführt. Die dabei anfallende Lösung wird, nötigenfalls nach Druckverminderung, durch die Leitung (15) in die NH3-Rektifikationskolonne (3) zurückgeführt. Das Inertgas geht durch die Leitung (16) ab und tritt durch die Leitung (17) unten indieOCVRektifikationskolonne (18) ein. Es kann auf Wunsch auch ganz oder zum Teil durch die Leitung (19) abgelassen werden.

Ein Teil des im Kondensator (5) verflüssigten NHi fließt durch die Leitung (20) zurück in die NH3-Rektifikationskolonne und dient somit als Rückflußmenge. Aus dem Sumpf der NHj-Rektifikationskolonne (3) wird durch die Leitung (21) eine Lösung von NH3 und CO2 in Wasser abgeführt. Diese Flüssigkeit wird der COi-Rektifikationskolonne (18) zugeführt, die bei fast dem gleichen Systemdruck betrieben wird wie die NHj-Rektifikationskolonne (3). Ein Teil des Sumpfproduktes des Desorptionsgefäßes (10) wird als Verdünnungsmittel durch die Pumpe (22) und die Leitung (23) der Kolonne (18) zugeführt. Um eine bessere Wärmeverteilung zu erhalten, sorgt man dafür, daß dieser Flüssigkeitsstrom zuerst einen Teil seiner Wärme im Sumpf der CO?-Rektifikationskolonne (18) abgibt. Der Rest der für die Rektifikation erforderlichen Wärmemenge wird hier durch Heizspiralen (24) mit Hilfe von z. B. Dampf zugeführt.

Ein Teil des Flüssigkeitsstroms aus Leitung (23) wird nach Kühlung mit Kühlwasser in den Kühlern (26) und (27) durch die Leitung (25) und die Leitung (28) abgeführt. Durch die Leitung (29) wird noch eine Menge Waschwasser der Kolonne (18) zugeführt, um eine mögliehst vollständige Entfernung des NH₃ aus dem CO₂ zu bewerkstelligen. Am Kopf der Kolonne (18) entweicht durch die Leitung (30) ein Gas, das aus CO₂ und ggf. Inertgas besteht und kein oder fast kein NH3 mehr enthält.

Das Sumpfprodukt der Kolonne (18), eine verdünnte Lösung von NH₃ und CO₂ in Wasser, wird durch die Leitung (31) dem Desorptionsgefäß (10) zugeführt, in dem durch Erhitzung, z. B. mit Dampf in den Heizspiralen (32), fast sämtliches NH₃ und CO₂ entfernt werden.

Die nahezu von NH₃ und CO₂ befreite Flüssigkeit fließt durch die Leitung (23) in die CO₂- Rektifikationskolonne (18), und das im Desorptionsgefäß (10) gebildete Gasgemisch von NH₃, CO₂ und H₂O geht durch die Leitung (33) zur NH₃-Rektifikationskolonne (3).

Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von einem Gemisch von NH₃, CO2 und H2O ausgegangen, in dem das Molverhältnis NH₃/CO₂ hoch ist, so daß es sich empfiehlt, dieses Gemisch zuerst der NH₃-Rektifikationsstufe zuzuführen.

F i g. 2 zeigt ein Schema einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier wird die CO₂-Rektifikation durchgeführt bei einem Systemdruck, der höher ist als der Systemdruck während der NH₃-Rektifikation. Diese Figur ist im wesentlichen dieselbe wie Fig. 1. Die Bezugszahlen haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1. Die Unterschiede liegen darin, daß in den Leitungen (17) und (21) ein Verdichter (A) bzw. eine Pumpe (B) angebracht sind, um den Druck der Gas- bzw. der Flüssigkeitsströme zu erhöhen. Weiterhin befindet sich in der Leitung (31) ein Reduzierventil (C), über das der Druck der Sumpfflüssigkeit der CO2- Rektifikationskolonne (18) vermindert wird. Dabei arbeitet die Desorptionskolonne (10) bei einem Systemdruck, der nahezu dem Systemdruck der NH₃-Rektifikation entspricht Auch kann die Desorption bei demselben Systemdruck wie die CO₂-Rektifikation ausgeführt werden. F i g. 3 zeigt ein Schema einer Ausführungsform bei der ein Gemisch von NH₃, CO₂ und Wasser mil einer Zusammensetzung auf der CO2-reichen Seite des Azeotrops durch die Leitung (4t) und die Pumpe (42) der CO₂-Rektifikationsstufe (18) zugeführt wird. Diese F i g. 3 ist im wesentlichen dieselbe wie Fi g. 1. Nur fin-

det die Zufuhr des zu trennenden Gemisches in einer anderen Stufe statt.

Fig. 4 zeigt ein Schema einer Ausführungsform, bei der eine stark vcrdünnic Lösung von NHj und CO2 in Wasser durch die Leitung (51) und die Pumpe (52) der Dcsorpiionsstufe zugeführt wird. Diese Fig.4 ist im wesentlichen dieselbe wie die F i g. 1 und 3. Nur findet die Zufuhr des zu trennenden Gemisches in einer anderen Stufe statt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele näher erläutert. In den Beispielen 1 —4 handelt es sich bei den Prozentsätzen ausnahmslos um Gewichtsprozentsätzc.

Beispiel 1

10

15

In einer Anlage gemäß Fig. 1 werden aus einem aus N H ι, CO2 und Wasser bestehenden Gemisch reines N H3 und reines CO₂ gesondert abgetrennt. Die Ziffern beziehen sich auf F i g. 1. Bei einem Systemdruck von 18 ata und einer Temperatur von 73⁰C werden 51 972 kg/h einer Lösung von NHj und CO2 in Wasser (Zusammensetzung 33,4% N H₃,18,2% CO₂ und 48,4% Wasser) dem Sumpf der NHj-Rektifikationskolonne (3) zugeführt. Durch den Verdichter (6) werden 635 kg/h Luft zügeführt, von welcher Menge 248 kg/h in die NH₃-Rektifikationskolonne (3) eintreten und 387 kg/h dem Desorplionsgefäß (10) zugehen. 39 304 kg/h eines aus dem Desorplionsgefäß (10) stammenden Gasgemisches, bestehend aus 50,4% NH₃, 17,7% CO₂, 30,9% H₂O und 1,0% Inertgas, mit einer Temperatur von 162° C werden ebenfalls der NH!-Rektifikationskolonne zugeführt. Am Kopf dieser Kolonne gehen 65 217 kg/h Gasgemisch ab. Dieses Gasgemisch besteht aus 99,4% NH₃ und 0,6% Inertgas. Mit Hilfe von Kühlwasser wird ein Teil dieses Gasgemisches im Kondensator (5) verflüssigt. Von dieser Menge werden 44 630 kg/h als Rückflußmenge in die Kolonne (3) zurückgeführt.

Aus dem Kondensator (5) entweicht ein aus 88,9% NH₃ und 11,1% Inertgas bestehendes Gasgemisch in einer Menge von 3474 kg/h. Diese Menge wird im Wäscher (11) mit Hilfe von 4496 kg/h Wasser gewaschen. Durch den Umlaufkühler (13) wird Wärme aus dem Wäscher (11) abgeführt. Stündlich wird eine Lösung von 7335 kg, bestehend aus 38.7% NH₃ und 61,3% H₂O, in die NH₁-Rektifikationskolonne zurückgeführt. Die Temperatur am Kopf dieser Kolonne beträgt 46°C. Durch die Leitungen (16) und (17) werden 635 kg/h Inertgas in die CO₂-Rektifikationskolonne (18) geführt. Aus dem Sumpf der NH₃-Rektifikationskolonne (3) werden durch die Leitung (21) 78 027 kg/h Flüssigkeit mit einer Temperatur von 131°C und einer Zusammensetzung von 25,4% NH₃, 21,0% CO₂ und 53,6% H₂O in die CO₂-Rektifikationskolonne (18) eingeleitet.

Dieser Kolonne (18), mit einem Druck von gleichfalls 18 ata, werden über die Leitung (25) 73 299 kg/h Verdünnungsmittel zugeführt Dieses Verdünnungsmittel besteht aus Wasser mit NH3- und CO₂-Spuren und hat beim Verlassen des Desorptionsgefäßes eine Temperatür von 206° C. Ein Teil dieser Wärme wird im Sumpf der CO₂-Rektifikationskolonne (18) abgeführt; außerdem wird im Kühler (26) Restwärme abgeführt. Aus dem Desorptionsgefäß (10) treten insgesamt 108 909 kg/h Flüssigkeit aus, wobei eine Menge von 35 610 kg/h Wasscr, nach Kühlung in dem Kühler (27), abgeführt wird. Diese Flüssigkeit kann z. B. zur Adsorption von NH₃ und COj benutzt werden. Dem Kopf der CO₂-Rektifikationskolonne werden 5959 kg/h Waschwasser zugeführt; diese Menge dient zum Auswaschen noch vorhandener NHrSpuren. Die Sumpftemperatur der CO₂-Rektifikationskolonne (18) wird mit Hilfe von Dampf auf 158^UC gehalten. Die Kopftemperatur beträgt 35⁰C. Es entweichen 10 094 kg/h Gesamtgemisch mit einer Zusammensetz ing von 93,7% CO₂ und 6,3% Inertgas. Dieses Gasgemisch enthält weniger als 100 ppm NH3. Aus dem Sumpf der Kolonne (18) werden 147 826 kg/h Lösung mit einer Temperatur von 158⁰C und einer Zusammensetzung von 81,9% H₂O, 13,4% NH₃ und 4,7% CO₂ in das Desorptionsgefäß (10) eingeführt. Die Lösung wird dort mit Hilfe von Dampf nahezu vollständig von NHj und CO₂ befreit, so daß 108 909 kg/h Wasser mit nur wenigen NHj- und CO₂-Spuren abgeführt werden können. Die Temperatur am Kopf des Desorptionsgefäßes beträgt 161,8° C.

Beispiel 2

In einer Anlage gemäß Fig. 2 werden reines NH 3 und reines CO₂ aus einem Gemisch von NH₃, CO₂ und H₂O abgetrennt. Die Ziffern beziehen sich auf F i g. 2 und die Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze.

Bei einem Systemdruck von 15 ata und einer Temperatur von 73°C werden 51 972 kg/h einer Lösung von NH3 und CO₂ in Wasser (Zusammensetzung 33,4% NH₃, 18,2% CO₂ und 48,4% Wasser) dem Sumpf der NH3-Rektifikationskolonne (3) zugeführt. Durch den Verdichter (6) werden 635 kg/h Luft zugeführt, von welcher Menge 248 kg/h in die N ^-Rektifikationskolonne (3) eintreten und 387 kg/h dem Desorptionsgefäß (10) zugehen. 37 943 kg/h eines aus 49,1% NH₁, 15,1% CO₂, 34,4% H₂O und 1,0% Inertgas bestehenden und aus dem Desorptionsgefäß (10) austretenden Gasgemisches mit einer Temperatur von 158°C werden gleichfalls der N ^-Rektifikationskolonne (3) zugeleitet. Am Kopf dieser Kolonne werden 60 888 kg/h eines aus 99,0% NH₃ und 1,0% Inertgas bestehenden Gasgemisches abgeführt. Dieses Gasgemisch wird zum Teil durch Tiefkühlung im Kondensator (5) verflüssigt. Es werden von dieser Menge 40 056 kg/h als Rückfluß in die Kolonne (3) zurückgeführt. Aus dem Kondensator (5) entweichen 3474 kg/h eines aus 81,7% NH₃ und 18,3% Inertgas bestehenden Gasgemisches. Diese Menge wird im Wäscher (11) mit Hilfe von 5003 kg/h Wasser gewaschen. Durch den Umlaufkühler (13) wird Wärme aus dem Wäscher (11) abgeführt.

Stündlich wird eine aus 36,2% NH₃ und 63,8= H₂O bestehende Lösung von 7842 kg in die N^-Rektifikationskolonne zurückgeführt. Die Temperatur am Kopf dieser Kolonne beträgt 39°C. Durch die Leitungen (16) und (17) und den Verdichter (A) werden 635 kg/h Inertgas in die C0₂-Rektifikationskolonne (18) eingeleitet, die bei einem Systemdruck von 25 ata betrieben wird. Aus dem Sumpf der N^-Rektifikationskolonne (3) werden durch die Leitung (21) und Pumpe (B) 77 172 kg/h Flüssigkeit mit einer Temperatur von 128° C und einer Zusammensetzung von 24,1% NH₃, 19,9% CO₂ und 56,0% H₂O in die C0₂-Rektifikationskolonne (18) eingeleitet. Dieser Kolonne (18), mit einem Druck von 25 ata, werden durch die Leitung (25) 48 915 kg/h Verdünnungsmittel zugeführt. Diese aus Wasser mit NH₃- und CO₂-Spuren bestehende Flüssigkeit hat beim Austritt aus dem Desorptionsgefäß eine Temperatur von 197⁰C. Ein Teil dieser Wärme wird im Boden der CO2-Rektifikationskolonne (18) abgeführt. Aus dem Desorptionsgefäß gehen insgesamt

85 031 kg/h Flüssigkeit ab. Von dieser Menge werden 36 116 kg/h Wasser, nach Kühlung im Kühler (27), abgeführt. Diese Flüssigkeit kann z. B. zum Absorbieren von N H j und CO: dienen.

Dem Kopf der CO₂-Rektifikationskolonne werden 5959 kg/h Waschwasser zugeführt, welche Menge dazu dient, noch vorhandener NH3-Spuren auszuwaschen. Die Sumpftemperatur der CO^Rektifikationskolonne (18) wird mit Hilfe von Dampf bei 170°C gehalten. Die Temperatur am Kopf beträgt 35°C. Es entweicht dort ein aus 93,7% CO2 und 6,3% Inertgas bestehendes Gasgemisch in einer Menge von 10 094 kg/h, in welchem Gemisch sich weniger als 100 ppm NH3 befinden. Aus dem Sumpf der Kolonne (18) werden 122 587 kg/h einer aus 80,0% H₂O, 15,2% NH₃ und 4,8% CO₂ bestehenden Lösung mit einer Temperatur von 170°C nach Druckverminderung über ein Reduzierventil (C) in das Desorptionsgefäß (10) eingeleitet. Aus dieser Lösung werden mit Hilfe von Dampf nahezu sämtliches NH3 und CO2 abgetrennt, so daß 85 031 kg/h Wasser mit nur wenigen NH3- und CO₂-Spuren abgeführt werden können. Die Temperatur am Kopf des Desorptionsgefäßes beträgt 158° C.

Beispiel 3

In einer Anlage gemäß F i g. 3 werden aus einem aus NHj₁CO₂ und Wasser bestehenden Gemisch reines NH3 und reines CO₂ gesondert abgetrennt.

Bei einem Systemdruck von 18 ata und einer Temperatur von 130° C werden 50 000 kg/h einer Lösung von NHi und CO: im Wasser (Zusammensetzung 20% NH3, 20% CO₂ und 60% Wasser) der CO₂-Rektifikationskolonne (3) zugeführt.

Aus dem Sumpf der ebenfalls bei einem Systemdruck von etwa 18 ata arbeitenden NHj-Rektifikationskolonne (3) werden durch die Leitung (21) 27 405 kg/h Flüssigkeit mit einer Temperatur von 130°C und einer Zusammensetzung von 26,0% NH₃, 22,1% CO₂ und 51,9% H₂O in die CO₂-Rektifikationskolonne (1) eingeleitet. Dieser Kolonne (18) werden über die Leitung (25) 54 990 kg/h Verdünnungsmittel zugeführt. Dieses Verdünnungsmittel besteht aus Wasser mit NH₃- und CO₂-Spuren und hat beim Verlassen des Desorptionsgefäßes eine Temperatur von 206°C. Ein Teil dieser Wärme wird im Sumpf der CO₂-Rektifikationskolonne (18) abgeführt. Aus dem Desorptionsgefäß (10) treten insgesamt 95 278 kg/h Flüssigkeit aus, wobei eine Menge von 40 288 kg/h Wasser, nach Kühlung in dem Kühler (27), abgeführt wird. Diese Flüssigkeit kann z. B. zur Absorption von NH₃ und CO₂ benutzt werden. Dem Kopf der CO:-Rektifikationskolonne werden 6347 kg/h Waschwasser zugeführt; diese Menge dient zum Auswaschen noch vorhandener NH₃-Spuren. Die Sumpftemperatur der COi-Rektifikationskolonne (18) wird mit Hilfe von Dampf auf 160° C gehalten. Die Kopf temperatur beträgt 35°C. Es entweichen 10 694 kg/h Gasgemisch mit einer Zusammensetzung von 94,6% CO₂ und 5,4% Inertgas. Dieses Gasgemisch enthält weniger als 100 ppm NHj. Aus dem Sumpf der Kolonne (18) werden 128 683 kg/h Lösung mit einer Temperatur von 160° C und einer Zusammensetzung von 82,0% H₂O, 13,3% NH₃ und 4,7% CO₂ in das Desorptionsgefäß (10) eingeführt. Die Lösung wird dort mit Hilfe von Dampf nahezu vollständig von NH₃ und CO₂ befreit, so daß 95 365 kg/h Wasser mit nur wenigen NH₃- und CO:-Spuren abgeführt werden können. Die Temperatur am Kopf des Desorptionsgefäßes beträgt 161,8⁰C.

Durch den Verdichter (6) werden 635 kg/ Luft zugeführt, von welcher Menge 248 kg/h in die NH!-Rektifikationskolonne (3) eintreten und 387 kg/h dem Desorptionsgefäß (10) zugehen. 33 405 kg/h eines aus dem Desorptionsgefäß (10) stammenden Gasgemisches, bestehend aus 50,7% NH₃, 1,9% CO₂, 30,4% H₂O und 1,0% Inertgas, werden ebenfalls der NH₃-Rektifikationskolonne zugeführt. Am Kopf dieser Kolonne gehen 62 360 kg/h Gasgemisch ab. Dieses Gasgemisch besteht aus 99,0% NH₃ und 1,0% Inertgas. Mit Hilfe von Kühlwasser wird ein Teil dieses Gasgemisches im Kondensator (5) verflüssigt. Von dieser Menge werden 49 071 kg/ als Rückflußmenge in die Kolonne (3) zurückgeführt.
Aus dem Kondensator (5) entweicht ein aus 80,7% NH₃ und 19,3% Inertgas bestehendes Gasgemisch in einer Menge von 3289 kg/h. Diese Menge wird im Wäscher (11) mit Hilfe von 4000 kg/h Wasser gewaschen. Durch den Umlaufkühler (13) wird Wärme aus dem Wäscher (11) abgeführt. Stündlich wird eine Lösung von 6654 kg, bestehend aus 39,9% NHi und 60,1% H₂O in die NH₃-Rektifikationskolonne zurückgeführt. Die Temperatur am Kopf dieser Kolonne beträgt 50°C. Durch die Leitungen (16) und (17) werden 635 kg/h Inertgas in die C0₂-Rektifikationskolonne (18) eingeführt.

Beispiel 4

In einer Anlage gemäß F i g. 1 werden aus einer stark verdünnten Lösung von NH₃, CO₂ in Wasser reines NHi und reines CO₂ gesondert abgetrennt. Die Zahlen beziehen sich auf F i g. 4.

Bei einem Systemdruck von 18 ata werden 50 000 kg/h einer Lösung von NH₃ und CO₂ in Wasser (Zusammensetzung 13,3% NH₃, 4,7% CO₂ und 82,0% Wasser) der Desorptionskolonne (10) zugeführt. Durch den Verdichter (6) werden 635 kg/h Luft zugeführt, von welcher Menge 400 kg/h in die NH₃- Rektifikationskolonne (3) eintreten und 235 kg/h dem Desorptionsgefäß

(10) zugehen. Aus dem Sumpf der Kolonne (18) werden 38 166 kg/h Lösung mit einer Temperatur von 159,5"C und einer Zusammensetzung von 82,0% H₂O, 13,3% NH₃ und 4,7% CO₂ in das Desorptionsgefäß (10) eingeführt. Die Lösung wird dort mit Hilfe von Dampf nahezu vollständig von NH₃ und CO₂ befreit, so daß 65 279 kg/h Wasser mit nur wenigen NHj- und COrSpuren abgeführt werden können. Die Temperatur am Kopf des Desorptionsgefäßes beträgt 162,0° C.

23 522 kg/h eines aus dem Desorptionsgefäß (10) stammenden Gasgemisches, bestehend aus 50,7% NH₁, 17,9% CO₂, 30,4% H₂O und 1,0% Inertgas werden ebenfalls der NH₃-Rektifikationskolonne zugeführt. Am Kopf dieser Kolonne gehen 39 099 kg/h Gasgemisch ab. Dieses Gasgemisch besteht aus 98,4% NH₃ und 1,6% Inertgas. Mit Hilfe von Kühlwasser wird ein Teil dieses Gasgemisches im Kondensator (5) verflüssigt. Von dieser Menge werden 29 160 kg/h als Rückflußmenge in die Kolonne (3) zurückgeführt.
Aus dem Kondensator (5) entweicht ein aus 80,7% NH₃ und 19,3% Inertgas bestehendes Gasgemisch in einer Menge von 3289 kg/h. Diese Menge wird im Wäscher (11) mit Hilfe von 4000 kg/h Wasser gewaschen. Durch den Umlaufkühler (13) wird Wärme aus dem Wäscher (11) abgeführt. Stündlich wird eine Lösung von 6654 kg, bestehend aus 39.9% NHj und 60,1% H₂O, in die NH₃-Rektifikationskolonne zurückgeführt. Die Temperatur am Kopf dieser Kolonne beträgt 50,6⁰C. Durch die Leitungen (16) und (17) werden

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635 kg/h Inertgas in die CCVRektifikationskoIonne (18) geführt.

Aus dem Sumpf der NH3-Rektifikationskolonne (3) werden durch die Leitung (21) 20 237 kg/h Flüssigkeit mil einer Temperatur von 132°C und einer Zusammensclzung von 25,1% NH₃, 20,5% CO₂ und 54,4% H₂O in die CO₂-Rektifikationskolonne (18) eingeleitet. Dieser Kolonne (18), mit einem Druck von gleichfalls 18 ata, werden über die Leitung (25) 18 801 kg/h Verdünnungsmitte! zugeführt. Dieses Verdünnungsmittel besteht aus Wasser mit NHi- und CO₂-Spuren und hat beim Verlassen des Desorptionsgefäßes eine Temperatur von 206⁰C. Ein Teil dieser Wärme wird im Sumpf der CO₂-Rektifikationskolonne (18) abgeführt, außerdem wird in den Kühler (26) Restwärme abgeführt. Aus dem Desorptionsgefäß (10) treten insgesamt 65 279 kg/h Flüssigkeit aus, wobei eine Menge von 46 478 kg/h Wasser, nach Kühlung in dem Kühler (27), abgeführt wird. Diese Flüssigkeit kann z. B. zur Absorption von NH3 und CO₂ benutzt werden.

Dem Kopf der CO₂-Rektifikationskolonne werden 1491 kg/h Waschwasser zugeführt; diese Menge dient zum Auswaschen noch vorhandener NH3-Spuren. Die Sumpftemperatur der CO₂-Rektifikationskolonne (18) wird mit Hilfe von Dampf auf 159,6⁰C gehalten. Die Kopftemperalur beträgt 42°C. Es entweichen 2995 kg/h Gasgemisch mit einer Zusammensetzung von 80,4% CO₂ und 19,6% Inertgas. Dieses Gasgemisch enthält weniger als 100 ppm NHj.

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung von reinem Ammoniak und reinem Kohlendioxid aus einem Ausgangsgemisch aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser in einer Ammoniak-Rektifikationskolonne und in einer gesonderten Kohlendioxid-Rektifikationskolonne, wobei ein der Kohlendioxid-Rektifikationskolonne zugeführter, Kohlendioxid und Ammoniak enthaltender Strom mit Wasser verdünnt wird, und zwar in einem Gewichtsverhältnis vor. Wasser zu Strom von 0,2 :1 bis 6:1, dadurch gekennzeichnet, daß

reits Verfahren entwickelt, in denen

(1) entweder das Ammoniak oder das Kohlendioxid in

einer Flüssigkeit selektiv absorbiert wird oder
(2) das Ammoniak bei einem niedrigen Systemdruck entfernt und das Kohlendioxid bei einem wesentlich höheren Systemdruck abdestilliert werden.