FI71501C - Foerfarande foer separering av nh3 och co2 ur blandningar som innehaoller dessa. - Google Patents

Description

|ν£*ΠΊ ΓΒ1 m)KUU,LUTUSJULKAISU 71 sm

B 11 UTLÄG G NIN G SSKRI FT / I DU I

^ (45) I t;/ ; r. t ty (51) K».lk.*/lnt.a.« B 01 D 53/14 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 773282 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 02.11.77 (H) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 02.11.77 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offemlig 04,05,78

Patentti- ja rekisterihallitus NähtäVäi<sjpanon ja kuul.julkaisun pvm.

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 10.10.86 (86) Kv. hakemus -- Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus— Begärd prioritet 03 · 1 1 - 76 O3.ll.76 Alankomaat-Nederländerna(NL) 7612163, 7612162 (71) Stamicarbon B.V., P.O. Box 10, Geleen,

Unie van Kunstmestfabrieken b.v., P.O. Box 45, Utrecht, AIankomaat-Neder1änderna(NL) (72) Andreas Johannes Biermans, Urmond, Kees Jonckers, Born, AIankomaat-Neder1änderna(NL) (74) Berggren Oy Ab (54) Menetelmä NH3:n ja C02:n erottamiseksi seoksista, jotka sisältävät näitä -Förfarande för separering av NH3 och CO2 ur blandningar som innehäller dessa Tämä keksintö koskee menetelmää oleellisesti puhtaan NHjrn ja oleellisesti puhtaan C02:n erottamiseksi seoksesta, joka sisältää NHgia ja CC^a- Sanonnalla "seos, joka sisältää NH3:a ja C02:a" tarkoitetaan seosta, joka voi olla binäärinen Nl^/CC^-seos, NH^:n, C02:n ja vesihöyryn kaasuseos tai NH3:n ja C02tn vesiliuos, joka mahdollisesti sisältää myös liuoksessa ammoniumkarbamaattia ja/tai ammoniumkarbo-naattia.

Eräissä kemiallisissa prosesseissa saadaan sivutuotteina Nl^m ja CC^sn ja valinnaisesti H20:n kaasuseoksia. Esimerkiksi melamiinin synteesissä ureasta saadaan kaasuseos, joka melamiinin ohella sisältää NH3:a ja C02:a vähintään 1,7 tonnin määrän tonnia kohti me-lamiinia. Tämän Nl^rn ja C02:n kierrättämiseksi melamiinista erottamisen jälkeen esimerkiksi ureasynteesiprosessiin on useimmissa tapauksissa välttämätöntä puristaa kaasut korkeampaan paineeseen. Seoksen puristaminen vaatii erikoistoimenpiteitä NH^tn ja CC>2:n kondensoitumisen ja tällöin muodostuneen karbamaatin saostumisen estämiseksi niin, että kaasuseos absorboidaan tavalliseen tapaan veteen tai vesiliuokseen, mikä johtaa ammoniumkarbamaattiliuoksen muodostumiseen, joka voidaan pumpata ureasynteesiprosessiin mahdol lisesti sen jälkeen, kun sille on suoritettu desorptio ja toistuva absorptio korotetussa paineessa liuoksen väkevyyden kohottamiseksi.

2 71501 Tämän prosessin haittana on, että NH-j:n ja CC^n kanssa kierrätetyllä vedellä on epäedullinen vaikutus urean valmistukseen NH^:sta ja CC^sta.

Ellei mihinkään erikoistoimenpiteisiin ryhdytä, on mahdotonta poistaa kaikkea NH^a ja CO 2'3l erikseen seoksista johtuen siitä, että binäärinen systeemi NH3/CO2 ja niiden tertiääriset systeemit I^Oin kanssa muodostavat aseotrooppeja.

Erilaisia menetelmiä on ehdotettu, jotta voitaisiin välttää tarve kierrättää kohtuutonta määrää vettä yhdessä ureasynteesiprosessiin kierrätetyn NH^jn kanssa, jotka kaikki menetelmät käsittävät NI^-CC^-seosten erottamisen aineosiinsa. Tällaisiin prosesseihin kuuluu jomman kumman aineosan selektiivinen absorbointi vesiliuokseen. Näin ollen tällainen prosessi on se, jossa NH^ absorboidaan vahvan hapon ammoniumsuolan (esim. NH4NO3) vesiliuokseen korotetussa paineessa. Toinen tunnettu prosessi käsittää CC^n selektiivisen absorboinnin pesemällä kaasuseosta alkanoliamiinin, esim. monoetanoliamiinin vesiliuoksella. (Eräs tällaisten prosessien haitta on se, että absorboitunut komponentti on sen jälkeen poistettava absorboimisai-neesta ja puhdistettava.

Edelleen on ehdotettu erotettavaksi NH3 ja CC>2 NH3:n, CC^n ja i^Otn seoksista tislaamalla pois suurin osa Ni^rsta ensimmäisessä vaiheessa ja tislaamalla sitten pois CC>2 toisessa vaiheessa, joka suoritetaan systeemin NH^-CC^-I^O korkeammassa paineessa.

Tällaisia prosesseja kuvataan US-patentissa n:o 3 112 177 ja brittiläisessä patentissa n:o 1 129 939.

US-patentissa kuvataan prosessia, jossa ensimmäisessä vaiheessa, joka suoritetaan systeemin paineessa välillä 1-5 atm abs., CC>2 erotetaan ΝΗ3··η, CC^.'n ja H20:n seoksesta, jossa NH3-P1 toisuus on melko pieni, so. pienempi kuin Nl^/CC^-aseotroopissa. Saatu nestemäinen pohjajae stripataan strippauskaasulla, esimerkiksi metaanilla 1 atmosfäärin absoluuttisessa kokonaispaineessa. Tämä johtaa systee- li min paineen alenemiseen ja NH^rn ja pienen C02 määrän pakenemiseen niin, että saadaan metaanin, NH^:n ja C02:n seos, jonka absoluutti nen kokonaispaine on 1 atmosfääri.

715 01

Kaasuseokseen sisältyvien C02-jälkien poistamiseksi osa seoksesta kondensoidaan, mikä saa C02:n absorboitumaan nesteytettyyn NH^ten.

Samantapaista prosessia kuvataan brittiläisessä patentissa 1 129 939. Tämän patentin mukaisesti kaasuseos, joka koostuu NH^rsta ja C02:sta ja jossa NH^-pitoisuus on suurempi kuin aseotroopissa, absorboidaan veteen tai vesiliuokseen. Normaalipaineessa NH2 tislataan saadusta vesiliuoksesta. Jäljelle jäävälle liuokselle suoritetaan sitten jako-tislaus paineessa välillä 5-20 atm abs. ja kuumennetaan C02:n poistamiseksi .

Nämä kaksi prosessia perustuvat periaatteeseen, että systeemin NHj, CC>2 ja H20 paineen muuttaminen tekee mahdolliseksi erottaa NH-j:n alemmassa paineessa ja CC^n korkeammassa paineessa. Suhteen systeemin paineen, so. ΝΗβΐη, CC^tn ja H20:n osapaineiden summan Nl^rn poistovaiheessa ja systeemin paineen välillä C02:n poistovaiheessa on molemmissa prosesseissa oltava välillä n. 1:5 - 1:20, mikäli erottumisen on määrä edistyä tasaisesti.

Näillä prosesseilla on se haitta, että jos käsiteltävä seos tulee käytettäväksi yli 1 atmosfäärin absoluuttisessa paineessa, se on ensin laajennettava 1 atmosfäärin absoluuttiseen paineeseen. Sitäpaitsi tällöin vapautuu kaasumaista NH2:a, jonka absoluuttinen mak-simipaine on 1 atmosfääri ja mahdollisesti suuri määrä muuta kaasua on myös läsnä. Jos tälle NH2:lle on suoritettava jatkokäsittelyä esim. ureasynteesiprosessissa, se on puristettava korkeampaan paineeseen. Tähän tarvittava puristusenergia on huomattava ja lisäksi Noissa oleva C02~väkevyys on pidettävä alhaisena kiinteän ammonium-karbamaatin muodostumisen estämiseksi kompressorissa ja suurpaine-putkissa. Toinen mahdollisuus on kaasumaisen NH-^n nesteytys syvä-jäähdyttämällä ja sen jälkeen NH2:n kohottaminen vaadittuun paineeseen. Tämä vaatii jälleen energiaa.

Tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi yksinkertaisen ja halvemman menetelmän oleellisesti puhtaan NH3:n ja oleellisesti puhtaan C09:n erottamiseksi NH^:n, C02:n ja mahdollisesti H20:n seoksista erillisissä erotusvaiheissa.

71501

Yllättäen on havaittu, että on mahdollista saada NH^ ja C02 erikseen talteen tällaisista seoksista ilman yllä hahamoteltuja ongelmia, mikäli C02:n erotusvaiheeseen syötetty seos laimennetaan vedellä veden ja syötön välisessä painosuhteessa välillä 0,2:1 - 6:1.

Keksintö tarjoaa käytettäväksi menetelmän oleellisesti puhtaan ΝΗ^:η ja oleellisesti puhtaan CC>2:n erottamiseksi NH^:a ja CC>2:a sisältävästä seoksesta, joka seos on NH^ :n ja CC>2:n kaasuseos tai NH2:n, CC>2:n ja vesihöyryn kaasuseos tai NH2:n ja CC>2:n vesiliuos, joka erottaminen toteutetaan NH^-erotusvyöhykkeessä lämmön vaikutuksella ja C02~erotusvyöhykkeessä lämmön vaikutuksella. Keksintö on tunnettu siitä, että C02-erotusvyöhykkeeseen syötetään laimennusvettä sellaisin määrin, että laimennusveden ja C02~erotusvyöhykkeeseen tulevan syötön painosuhde on 0,2-6, ja että NH2/C02/H20-systeemin paine C02~ erotusvyöhykkeessä on enintään kaksi kertaa systeemin paine NH^-erotusvyöhykkeessä.

On olemassa muita etuja veden lisäämisessä C02:n erotusvyöhykkeeseen määrinä, jotka ovat 0,5-2,5 kertaa siihen menevän syötön paino, kuten hyötysuhteeltaan optimaalisen erotuksen saavuttaminen. Tämän alueen alapuolella erotus käy yhä vaikeammaksi saavuttaa, koska vaaditaan yhä suurempia kierrätysmääriä ja alle 0,2-kertaisella määrällä erotus käy epätyydyttävän pieneksi. 2,5-kertaisen arvon yläpuolella lämpötila, jossa C02 tulee erotetuksi, nousee, mikä merkitsee samanaikaisesti korroosiovaaraa ja sitäpaitsi 6-kertaisen painomäärän yläpuolella syötöstä laskettuna lisätyn veden poistamiseen vaadittu energiamäärä tulee epätyydyttävän suureksi.

On korostettava, että keksinnön mukaiseen C02:n erotusvyöhykkeeseen lisätyn veden määrä on lisänä kaikkeen siihen veteen, joka sisältyy sanottuun C02:n erotusvyöhykkeeseen menevään syöttöön, joka itse asiassa voi koostua NH3:sta, C02:sta ja H20:sta.

Keksinnön menetelmä voi koskea lähtöseoksia, jotka ovat runsaasti NH2:a sisältäviä tai runsaasti C02:a sisältäviä. Sanonnalla "runsaasti NH^:a sisältävä" tarkoitetaan, että lähtöseoksen NH^/C02~ suhde on sellainen, että kun sille suoritetaan kuumennus, purkautuu pääasiassa NH^ta ja sanonnalla "runsaasti C02:a sisältävä" tarkoitetaan, että lähtöseoksen NH^/CC^-suhde on sellainen, että kun sille suoritetaan kuumennus, purkautuu pääasiassa C02:a.

Näin ollen eräs tämän keksinnön toteutusmuoto on menetelmä, jossa lähtöseos on yllä määritellyn kaltainen runsaasti NH^:a sisältävä seos, ja jossa menetelmässä it 5 71501 a) johdetaan sanottu seos NHjin erotusvyöhykkeeseen, jossa kaasumaista NH^:a saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomasti kiehuva NH^rn ja C02:n vesiliuos saadaan pohjajakeena, ja b) johdetaan sanottu pohjajae syöttönä sanottuun C02:n erotusvyöhykkeeseen veden läsnäollessa keksinnön mukaisesti, jolloin C02:a saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomasti kiehuva NH^in ja C02:n vesiliuos saadaan pohjajakeena.

Keksinnön toinen toteutusmuoto on menetelmä, jossa sanottu seos on yllä määritellyn kaltainen runsaasti C02:a sisältävä seos ja jossa menetelmässä a) johdetaan sanottu seos CC^jn erotusvyöhykkeeseen veden läsnäollessa keksinnön mukaisesti, jolloin CO2 saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomasti kiehuva NH^tn ja CC>2:n vesiliuos saadaan pohjajakeena , b) johdetaan sanottu pohjajae desorptiovyöhykkeeseen oleellisesti kaiken NH2:n ja C02:n poistamiseksi siitä kaasuseoksena vesihöyryn kanssa, ja c) johdetaan sanottu kaasuseos sanottuun NH^:n erotusvyöhykkeeseen, jossa kaasumaista NH^:a saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomasti kiehuva NH^rn ja CC>2:n vesiliuos saadaan pohjajakeena.

Keksinnön mukaisesti vesi voidaan lisätä C02:n erotusvyöhykkeeseen, esim. yhdestä tai useammasta siinä olevasta kohdasta ja/tai voidaan lisätä ainakin osittain CC^n erotusvyöhykkeeseen menevään syöttöön ennen sen tuloa sanottuun vyöhykkeeseen. Itse lisätty vesi voi olla NH3:n ja C02:n laimea liuos, joka sisältää vähintään 90 paino-% vettä. Tämä prosenttiluku riippuu kuitenkin systeemin paineesta. Alhaisilla paineilla vaaditaan suurempaa prosenttimäärää vettä.

ΝΗβΐη erotusvyöhyke toimii mieluummin pöhjalämpötilassa 60-170°C ja huippulämpötilassa -35 - +66°C ja sanottu C02:n erotusvyöhyke toimii pohjalämpötilassa 75-200°C ja huippulämpötilassa 0-100°C, sanottujen vyöhykkeiden huippulämpötilojen ollessa alempia kuin pohjalämpö-tilat.

Pohjalämpötilan optimiarvo NH^in erotusvyöhykkeessä riippuu siihen tulevan syötön koostumuksesta ja paineesta. Kuitenkin jos käytetään alle 60°C:n lämpötilaa, saavutetaan joko alue, jossa muodostuu NH^in, C02:n ja mahdollisesti veden kiinteitä reaktiotuotteita, tai C02=n erotusvyöhykkeeseen menevällä syötöllä on sellainen koostumus, että optimaalista CC>2_erotusta ei saavuteta.

71501

Useimmissa tapauksissa pohjalämpötila NH^in erotusvyöhykkeessä ei ole korkeampi kuin 170°C sen ja CC^n erotusvyöhykkeen lämpötilan (jcka on aina hieman korkeampi) pitämiseksi sen arvon alapuolella, joka voi johtaa epämiellyttävään korroosioon. Samasta syystä pohja-lämpötila CC^tn erotusvyöhykkeessä ei mieluummin ole yli 200°C.

NH-^rn erotusvyöhykkeen huippulämpötila määräytyy pääasiassa käytetyn paineen mukaan. Huippulämpötila C02:n erotusvyöhykkeessä määrää saavutetun CC^in lopullisen puhtauden.

Yleensä 100 ppm:n tai pienempi NH3-sisältö saavutetaan helposti korkeintaan 100°C:n huippulämpötiloilla.

Lämpötilat näiden kahden erotusvyöhykkeen huipuilla määräytyvät mahdollisen NH^-palautusvirran määrän ja käytetyn laimennus- ja pesuveden määrän ja lämpötilan mukaisesti.

Systeemin paine CC^n erotusvyöhykkeessä on korkeintaan kaksi kertaa systeemin paine NH^rn erotusvyöhykkeessä ja kaikkein mieluimmin systeemin paineet näissä kahdessa erotusvyöhykkeessä ovat oleellisesti samat.

Painesuhteita yli 2 voidaan helposti käyttää, mutta ne johtavat siihen, että paine jossa NH^ vapautuu, alenee niin, että tarvitaan suuremmat pääomakustannukset NH3:n nesteyttämiseen. Se aiheuttaa myös energian kulutuksen kasvamisen kohtuuttoman korkeaksi. Näistä syistä on suositeltavaa olla menemättä edellä kuvattujen maksimipai-nesuhteiden yli.

Keksinnön mukainen prosessi voidaan edullisesti toteuttaa yhtä suurilla systeemin paineilla NH3:n erotusvyöhykkeessä ja CCH:n erotus-vyöhykkeessä. Painesuhteiden käyttö, jotka eroavat toisistaan suhteellisen pienellä kertoimella, saattaa olla edullista esimerkiksi NH^rn ja C02:n talteenoton lämpötalouden ja vaaditun lämmönsiirto-pinta-alan koon suhteen.

Yleensä systeemin paineen absoluuttiarvo, jossa erotus suoritetaan, määräytyy sen paineen mukaan, jossa talteen saatua NH3:a on määrä käyttää. Etusija annetaan systeemin absoluuttiselle paineelle 5-25 11 7 715 01 atmosfääriä NH^:n erotusvyöhykkeessä, tarkemmin sanoen absoluuttiselle paineelle 15-22 atmosfääriä- Erityisen edullista on työskennellä systeemin paineilla, joissa kaasumainen NH3 voidaan nesteyttää jäähdytysveden avulla niin, että NH^ voidaan pumpata eikä mitään kallista puristusvaihetta tarvita.

On huomautettava, että brittiläisessä patentissa 1 129 939 kuvatussa prosessissa C02 pestään pesutornissa vedellä NH3:n viimeisten jälkien poistamiseksi tarkoituksena estää saostuminen, jolla olisi epäsuotuisa vaikutus prosessiin. Tämä johtaa NH3:n vesiliuoksen muodostumiseen, joka johdetaan tislaustorniin CC^n vapauttamiseksi. Tässä prosessissa käytetyt vesimäärät ovat hyvin pieniä ja riittämättömiä tämän keksinnön vaikutusten saavuttamiseksi.

Kuten edellä esitettiin joko NH3 tai C02 erotetaan ensin riippuen käsiteltävän seoksen NH3/C02“moolisuhteesta. Jos kuitenkin keksinnön mukaisesti käsiteltävä seos on NH^in ja C02:n erittäin laimean vesiliuoksen muodossa, on suositeltavaa poistaa oleellisesti kaikki NH3 ja C02 ensimmäisessä vaiheessa koko liuoksesta tai osasta siitä kaasuseoksen saamiseksi ja erottaa saatu kaasuseos NH^rksi ja C02:ksi keksinnön mukaisesti.

Keksintöä voidaan soveltaa erityisen edullisesti kaasuseoksen erottamiseen, joka koostuu oleellisesti NH3:sta, C02:sta ja IVOista ja joka on saatu hajottamalla konvertoitumatonta ammoniumkarbamaattia y 1-25 kg/cm^irn absoluuttisessa paineessa urean valmistusprosessissa NH^jsta jacc>2:sta. Tämän jälkeen erotus voidaan suorittaa seutaavilla vaiheilla: a) johdetaan sanottu jatkokaasuseos C02:n erotuskolonniin, jossa on lämpötilagradientti sen pohjalta huipulle, syötetään vettä tai vesiliuosta yhdestä tai useammasta kohdasta pitkin sanottua erotus-kolonnia sellainen määrä, että muodostuu NH3:n ja C02:n vesiliuos, joka sisältää 65-96 paino-% vettä, ja C02:n kaasuvirta, joka on oleellisesti vapaa NH3:sta ja vedestä ja poistetaan sanottu liuos pohjalta ja sanottu C02:n virta sanotun erotuskolonnin huipulta, b) johdetaan sanottu NH3:n ja C02:n vesiliuos desorptiovyöhykkee-seen, jossa NH3 ja C02 desorboidaan vesivirran aikaansaamiseksi, joka on oleellisesti vapaa NH3:sta ja C02:sta, ja toisen kaasuvirran saamiseksi, joka sisältää NH 3 : a, jäännös-CC>2 : a ja vettä, ja 71501 c) johdetaan sanottu toinen kaasuvirta NH3:n erotusvyöhykkeeseen, jossa CC>2 ja NH^ erotetaan vesipitoiseksi poistovirraksi ja NH^ poistetaan erillisenä kaasuvirtana sanotusta NH3:n erotusvyöhykkees-tä ja kierrätetään suoraan tai epäsuoraan sanottuun synteesivyöhykkeeseen, jotka vaiheet a, b ja c suoritetaan absoluuttisessa paineessa välillä n. 1-25 kg/cm2.

Keksintöä esitetään jatkuvaan jäljempänä eritysesti liitteenä olevissa piirroksissa, joissa kuvio 1 on kaavamainen esitys keksinnön mukaisesta prosessista, jossa NH3:n ja C02:n erotusvyöhykkeet pidetään oleellisesti samassa paineessa, joka sopii NH^rn ja CC^n erottamiseen seoksista, joiden koostumus on aseotroopin NH^-pitoisella puolella, ja kuvio 2 on kaavamainen esitys kuvion 1 prosessista sillä muutoksella, että NH3:n ja C02:n erotusvyöhykkeet toimivat eri paineissa, kuvio 3 on kaavamainen esitys keksinnön mukaisesta prosessista, jossa NH^in, CC^n ja mahdollisesti H20:n seoksia, joiden koostumus on aseotroopin CC^-pitoisella puolella, voidaan erottaa, ja kuvio 4 on kaavamainen esitys keksinnön mukaisesta prosessista, joka sopii NH3:n ja CC^^n erottamiseen laimeista liuoksista, kuvio 5 on kaavamainen esitys urean valmistukseen tarkoitetusta prosessista, johon keksintöä sovelletaan.

Viitaten kuvioon 1 runsaasti NH^:a sisältävää NH^tn, C02=n ja f^Orn seosta joko vesiliuoksena tai kaasuseoksena syötetään putken 1 ja pumpun 2 läpi Nl^rn erotusvyöjukkeeseen 3, joka on väkevöimis-kolonnin muodossa.

Kolonnin 3 huipulta puretaan kaasumaista NH^:a putken 4 kautta ja se tiivistetään jäähdytyslauhduttimessa 5 ja NH3:n ja muiden kaasujen tiivistymätön kaasuseos poistuu jäähdyttimestä ylävirtauksena. Sanotut muut kaasut ovat peräisin ilmasta, hapesta tai happea vapauttavasta aineesta, jota syötetään laitteistoon passivointiai-neena epämiellyttävän korroosion estämiseksi materiaalissa, josta laitos on valmistettu. Osa passivointikaasusta syötetään kompressorin 6 ja putkien 7 ja 8 läpi NF^in väkevöintikö]onniin 3 ja osa putken 9 läpi desorbointilaitteeseen 10.

Jäähdyttimestä 5 putken 36 kautta poistuvasta ylävirtauksesta stri- 9 71501 pataan NH3 pesemällä pesurissa 11 vedellä, jota syötetään putken 34 kautta Nl^-liuoksen muodostamiseksi, joka johdetaan pumpun 12 läpi kierrätysjäähdyttäjään 13 ja osa kierrätetään pesuriin 11 putken 14 kautta ja osa kierrätetään NH3:n väkevöintikolonniin 3 putken 15 kautta tarvittaessa paineen alennuksen jälkeen.

Muut pesurissa 11 erotetut kaasut puretaan putken 16 kautta ja haluttaessa lasketaan kokonaan tai osittain ulkoilmaan putken 19 kautta ja/tai syötetään putken 13 kautta C02=n väkevöintikolonniin 18.

Osa jäähdyttimessä 5 nesteytetystä NH^tsta palautetaan Putken 20 kautta NH3:n väkevöintikolonniin 3 takaisinvirtauksena. Loput nesteytetystä NH^ista puretaan putken 37 kautta. Väkevöintiin tarvittava lämpö syötetään kolonnin pohjalle höyrykierukalla 35.

NH3:n väkevöintikolonnin 3 pohjalta puretaan NH3:n ja C02:n vesi-liuos putken 21 kautta ja liuos johdetaan C02:n väkevöintikolonniin 18 putken 21 kautta. C02:n väkevöintikolonni 18 toimii oleellisesti samassa systeemin paineessa kuin NH3:n väkevöintikolonni 3. Myöhemmin mainittava desorptiokolonnista 10 tuleva pohjavirta johdetaan pumpun 22 ja putken 23 kautta 002=η erotuskolonniin 18 lai-mentimena. Lämmön jakaantumisen parantamiseksi tämä nestevirtaus pannaan ensin luovuttamaan osa lämmöstään C02:n väkevöintikolonnin 18 pohjalla ja jäähdyttimessä 26. Loput väkevöintiin kolonnissa 18 tarvittavasta lämmöstä toimitetaan lämmityskierukoilla 24, jotka sisältävät esimerkiksi höyryä.

Osa putkesta 23 tulevasta nestevirrasta johdetaan putken 25 läpi, jota jäähdytetään vedellä jäähdyttimessä 27, ja puretaan putken 28 kautta. Pesuveden virtaus syötetään C02:n väkevöintikolonniin 18 putken 29 kautta mahdollisimman suuren osan NH3:sta poistamiseksi CO2:sta.

C02:n väkevöintikolonnista 18 tuleva putkessa 30 oleva ylävirtaus on kaasua, joka koostuu CX^ssta ja mahdollisesti muista kaasuista yllä kuvatulla tavalla, mutta joka ei sisällä oleellisesti lainkaan NH3:a.

C02:n väkevöintikolonnista 18 tuleva pohjavirta on NH3:n ja C02:n laimea vesiliuos ja se johdetaan putken 31 kautta desorptiolaittee-seen 10, jossa lähes kaikki NH3 ja 003 karkoitetaan kuumentamalla 71501 10 esimerkiksi höyryllä, jota syötetään lämmityskierukoiden 32 läpi.

Neste, josta on stripattu lähes kaikki NHj ja C02, johdetaan putken 23 kautta <302:η väkevöintikolonniin 18 ja desorptiolaitteessa 10 muodostunut NH3:n, C02:n ja H20:n kaasuseos johdetaan putken 33 kautta NH^tn väkevöintikolonniin 3.

Viitaten kuvioon 2, jossa samoja osia kuin kuviossa 1 on merkitty samoilla numeroilla, C02:n väkevöintikolonni toimii systeemin paineessa, joka on korkeampi kuin systeemin paine NH^:n väkevöintikotonnissa. Kompressori A ja pumppu B on asennettu putkiin 17 ja 21 samassa järjestyksessä kaasu- ja nestevirtojen paineen kohottamiseksi. Edelleen putki 31 sisältää alennusventtiilin C, joka alentaa C02:n erotuskolonnista 18 tulevan pohjavirran painetta. Desorptiokolonni 10 toimii systeemin paineessa, joka on oleellisesti sama kuin systeemin paine NH3:n väkevöintikolonnissa. Toinen sopiva tapa toimia on suorittaa desorptio samassa systeemin paineessa kuin missä C02:n väkevöintikolonni on.

Viitaten kuvioon 3, jossa samat osat kuin kuviossa 1 on merkitty samoilla numeroilla, runsaasti C02:a sisältävää ΝΗ3··η, C02:n ja H20:n seosta syötetään putken 41 ja pumpun 42 läpi C02:n väkevöintikolonniin 18.

Keksinnön tämän toteutusmuodon mukaisesti on mahdollista erottaa oleellisesti puhdasta C02:a ja oleellisesti puhdasta NH^ia seoksista, joiden koostumus on aseotroopin C02~pitoisella puolella. Lukuunottamatta ensimmäisen syöttövirran asemaa tämä kuvio 3 on identtinen kuvion 1 kanssa.

Viitaten kuvioon 4, jossa samat osat kuin kuviossa 1 on merkitty samoilla numeroilla, laimeaa NH3:n ja C02:n vesiliuosta syötetään putken 51 ja pumpun 52 kautta desorptiokolonniin 10. Lukuunottamatta tämän ensimmäisen syöttövirran asemaa tämä kuvio 4 on identtinen kuvion 1 kanssa.

Viitaten kuvioon 5 urean synteesi reaktorissa 101 muodostetaan urean synteesiliuos paineessa välillä 110-250 kg/cm^ ja lämpötilassa välillä 165-220°C. Tämä liuos syötetään stripperiin 103 putken 102 kautta, joka voi toimia synteesipaineessa tai alemmassa paineessa ja saatetaan siinä vastavirtaan kosketukseen - lämpöä lisäämällä - 11 715 01 tuoreen CC^m kanssa, jota syötetään putken 104 kautta. Kaasuseos, joka koostuu Noista, CC^sta ja i^Orsta ja joka on karkotettu strip-perissä, johdetaan putken 105 kautta jäähdyttäjään 106, joka toimii mieluimmin synteesipaineessa, ja johon jäähdyttäjään myös tietty määrä ureareaktorin 101 pohjaosassa muodostuneesta liuoksesta syötetään putkien 107 ja 108 kautta ejektorin 109 avulla tiivistysmisläm-pötilan nostamiseksi niin, että tiivistysmislämpö vapautetaan mahdollisimman korkealla lämpötilatasossa. Tämän lämmön avulla tuotetaan absoluuttiselta paineeltaan 1-6 kg/cm olevaa höyryä, jota voidaan käyttää muualla prosessissa. Ejektori 109 toimii NH^:n avulla, jota syötetään varastosäiliöstä 111 pumpun 110 läpi. Tuoretta NH3:a syötetään putken 112 kautta. Jäähdyttäjässä 106 tapahtuu putken 105 kautta syötetyn kaasuseoksen täydellinen tai osittainen tiivistyminen ja absorboituminen. Näin saatu karbamaattiliuos ja loput kaasuseok-sesta, mikäli sellaista on, johdetaan ureareaktoriin 101 putken 113 kautta yhdessä karbamaattiliuoksen kanssa, joka on saatu tiivistämällä NH^ia, CC>2:a ja I^Ora kaasuseoksesta, jota puretaan putken 114 kautta ureareaktorin 101 huipulta ja joka sisältää inerttejä komponentteja, joita ovat tuoneet mukanaan tuore CO2, NH3 ja mahdollisesti ilma tai happi, jota käytetään laitteiston ja putkien passi-vointiin. Tämä tiivistäminen tapahtuu poistokaasujäähdyttäjässä 115, joka on yhdistetty putkeen 113 tai ureareaktorin 101 alaosaan putken 116 avulla. Kaasuseos, joka ei ole tiivistynyt puhdistuskaasu-jäähdyttäjässä, johdetaan mahdollisesti putken 117 kautta absorptio-laitteeseen (ei esitetty), joka toimii alemmassa paineessa yhä läsnä olevan NH^rn talteenottamiseksi. On kuitenkin myös mahdollista syöttää poistokaasujäähdyttäjässä 115 saatu liuos jäähdyttäjään 106 ejektorin 109 läpi.

Stripattu ureasynteesiliuos puretaan stripperistä 103 ja kun se on laajennettu 2-5 kg/cm^tn paineeseen alennusventtiilissä 118, se johdetaan putken 119 kautta karbamaatin hajotuslaitteeseen 120, jossa yhä läsnä oleva karbamaatti hajotetaan käytännöllisesti katsoen täysin kuumentamalla. Kaasuseos, joka poistuu karbamaatin hajotus-laitteen 120 lämmitysvyöhykkeestä yhdessä urealiuoksen kanssa, erotetaan liuoksesta erotuslaitteessa 121 ja johdetaan seuraavaksi NH3:n, C02:n ja H20:n erotukseen tarkoitettuun laitokseen, jota selostetaan yksityskohtaisemmin alla. Karbamaatin hajotuslaitteen 120 erottimessa 121 saatu urean vesiliuos laajennetaan paisunta-astiassa 122 normaalipaineeseen, jossa poistuu vielä jonkin verran 12 715 01 liuennutta NH^ia ja vesihöyryä, jotka puretaan putken 123 kautta. Putken 124 kautta urean vesiliuos johdetaan osastoon, jota kokonaisuutena on merkitty numerolla 125 ja jossa vanhastaan tunnetulla tavalla se väkevöidään haihduttamalla tai kiteytetään tai voidaan käsitellä muulla tunnetulla tavalla. Lopputuote poistetaan putken 126 kautta.

Urealiuoksesta erottimessa 121 erotettu kaasuseos johdetaan putken 127 kautta NH-^rn, C02:n ja H20:n erotukseen tarkoitettuun laitokseen, joka laitos käsittää pääasiassa C02:n erotuskolonnin 128, desorptio-kolonnin 129 ja ΝΗ^:η erotuskolonnin 130. Nämä kolonnit toimivat käytännöllisesti katsoen samassa paineessa, joka on välillä 1-25 kg/cm abs. Erityisetu saavutetaan, jos erotussysteemi toimii abso-luuttisessa paineessa välillä 1-6 kg/cm , koska tässä tapauksessa desorptiokolonniin 129 syötetty liuos voidaan stripata jäähdyttä-jässä 106 muodostuneella höyryllä. Sopivimmin erotussysteemi toimii samassa paineessa kuin karbamaatin hajotuslaite 120 ja erotin 121. Kolonnin 128 pohjaosassa kaasuseos saatetaan kosketukseen sellaisen vesimäärän kanssa, että oleellisesti kaikki NH^ ja H20 absorboituu tai tiivistyy ja että vain hyvin vähän NH3:a ja H20:a sisältävä CC>2 kohoaa kolonnin yläosaan. Tässä tarkoituksessa vettä tai vesi-liuosta, esim. osastosta 125 saatua prosessitiivistettä syötetään putken 131 kautta ja edelleen seuraavista erotusvaiheista saatuja vesiliuoksia kierrätetään putkien 132 ja 133 kautta. Kolonnin 128 yläosassa kohoava kaasuseos pestään vedellä, jota syötetään putken 134 kautta, siinä yhä olevien pienten NH^-määrien poistamiseksi.

Tämä vesi siihen absorboituneen NHgrn kanssa tulee myös kolonnin pohjaosaan. Putkien 131, 132, 133 ja 134 kautta kolonnin 128 pohjaosaan syötetyn veden kokonaispainomäärä on sellainen,että kolonnien pohjalta purettu liuos sisältää 65-96 paino-% vettä, so. 5-20 kertaa putken 127 kautta syötetyn kaasuseoksen painomäärä. Tavallisesti optimi vesimäärä on 80-95 paino-% ja näin ollen lisättävä veden painomäärä on mieluummin 8-15 kertaa kaasuseoksen painomäärä. Käyttämällä kolonnia tällä tavoin C02:n ja NH3:n poisto erottimessa 121 erotetusta kaasuseoksesta saadaan toteutettua houkuteltavan pienellä kokonaisenergiankulutuksella erotusosastossa. Lämpötila kolonnin pohjaosassa on välillä 70-190°C kun taas kolonnin yläosassa pidetään lämpötilaa välillä 30-70°C.

Kolonnin 128 huipulta puretaan putken 135 kautta CC^a, joka sisäl- it 71501 13 tää vain muutaman prosentin vettä ja korkeintaan jälkiä NH^jsta.

Tämä kaasu puhdistetaan. Kolonnin 128 pohjatuote sisältää käytännöllisesti katsoen kaiken NH^:n, joka oli läsnä putken 127 kautta syötetyssä kaasuseoksessa, erottumattoman C02:n ja vettä. Tämä liuos johdetaan putken 136 kautta desorptiokolonniin 129, jossa oleellisesti kaikki NH3 ja CC>2 desorboidaan esim. putken 137 kautta syötetyn tuoreen höyryn avulla. Desorptiokolonnin 129 pohjatuote on vettä, joka nyt sisältää sellaisen määrän NH-^ra ja C02:a, joka on poisto-virroissa havaittavan rajan alapuolella ympäristön valvontasäännösten mukaisesti ja se puretaan putken 138 kautta, johon on yhdistetty C02:n erotuskolonnille 128 tarkoitettu putki 132. Osa pöhjatuottees-ta voidaan johtaa C02:n erotuskolonniin 128 putken 134 kautta pesuvetenä. Loppuosa puretaan putken 139 kautta ja se voidaan kokonaan tai osittain palauttaa osastoon 125.

Desorptiokolonnin 129 ylätuote, jonka lämpötila on välillä 105-175°C ja joka C02:n ja veden ohella sisältää käytännöllisesti katsoen kaiken erottimessa 121 pois erotetun NH^tn ja myös tietyn määrän kiertävää NH3:a, johdetaan NH-^rn erotuskolonniin 131 putken 140, jääh-dyttimen 141 ja putken 142 kautta, jossa kolonnissa putken 143 kautta syötetyn veden ja putken 144 kautta syötetyn nestemäisen NH3:n avulla poistetaan C02 ja vesi. Näin saatu käytännöllisesti katsoen puhdas NH^ johdetaan putken 145 kautta jäähdytyslaitokseen 145, jossa se tiivistetään. Seuraavaksi nestemäinen NH3 jatkaa putken 147 kautta NH3:n varastosäiliöön 111. NH3:n erotuskolonnissa muodostunut pohjaliuos, joka koostuu NH3:sta, C02:sta ja vedestä, palautetaan C02:n erotuskolonniin 128 putken 133 kautta.

Yllä kuvatussa prosessissa mitään vettä ei palauteta ureasynteesiin matalapainevaiheesta, so. alennusventtiilin 118 jälkeisestä prosessin osasta. Tämän seurauksena saavutetaan huomattavasti korkeampi konversioaste ureareaktorissa niin, että saadaan vähemmän karbamaat-tia sisältävä synteesiliuos. Koska vähemmän karbamaattia tarvitsee hajottaa stripperissä ja strippaus sujuu paremmin johtuen pienemmästä synteesiliuoksen vesipitoisuudesta, pienempi määrä höyryä on tarpeen stripperissä. NH3/C02/H20-erotukseen tarvittavan höyryn kulutus kompensoituu höyrymäärän vähenemisenä urealiuoksen käsittelyssä, koska haihdutettava vesimäärä on pienempi. Koska mitään liuosta, vaan ainoastaan kaasumaista NH-^ra kierrätetään matalapainevaiheesta, laitoksen toiminta on yksinkertaisempaa. Toiminnallinen luotettavuus kasvaa, koska haavoittuvia karbamaattipumppuja ei enää tarvita.

14 715 01

Esitetään seuraavat keksinnön käytännön esimerkit. Esimerkeissä 1-4 kaikki prosenttiluvut ovat painoprosentteja ellei toisin mainita.

Esimerkki 1

Kuviossa 1 esitetyn kaltaisessa laitteistossa oleellisesti puhdasta NH2:a ja oleellisesti puhdasta C02=a erotettiin NH3:n, C02:n ja veden seoksesta. 18 atm:n absoluuttisessa systeemin paineessa ja 73°C:n lämpötilassa NH3:n ja C02:n vesiliuosta, jonka koostumus oli 33,4 % NH^ia, 18,2 % C02 :a ja 48,4 % vettä, syötettiin NH-^.n väke-vÖintikolonnin 3 pohjalle nopeudella 51 972 kg/h. Kompressorin 6 läpi syötettiin 635 kg/h ilmaa, josta 248 ke./h johdettiin NH3:n väkevöintikolonniin 3 ja 387 kg/h desorptiolaitteeseen 10.

Kaasuseosta, joka sisälsi 50,4 % NH^, 17,7 % CO2 ja 30,9 % H^O ja korkeintaan 1,0 % muita kaasuja ja jonka lämpötila oli 162°C ja joka tuli desorptiolaitteesta 10, syötettiin myös NH3:n väkevöintikolonniin nopeudella 39 304 kg/h. Tämän kolonnin huipulta purettiin kaasuseosta, joka sisälsi 99,4 % NH2:a ja 0,6 % muita kaasuja, nopeudella 65 217 kg/h. Jäähdytysveden avulla osa tästä kaasuseoksesta nesteytettiin jäähdyttäjässä 5. Refluksointivirta, joka käsitti 44 630 kg/h tätä nesteytettyä seosta, johdettiin kolonniin 3. Kaasu-seosta, joka sisälsi 88,9 % NH^ta ja 11,1 % muita kaasuja, poistui jäähdyttäjästä 5 nopeudella 3474 kg/h. Tätä pestiin pesurissa 11 4496 kg/h:11a vettä. Lämpö poistettiin pesurista 11 kierrätysjääh-dyttimessa 13. Liuosta, joka sisälsi 38,7 % NH^ra ja 61,3 % H20:a, kierrätettiin takaisin NH3:n väkevöintikolonniin nopeudella 7335 kg/h. Lämpötila tämän kolonnin yläpäässä oli 46°C. Putkien 16 ja 17 kautta muita kaasuja johdettiin C02*.n väkevöintikolonniin 18 nopeudella 635 kg/h.

NH3:n väkevöintikolonnin 3 pohjalta johdettiin nestettä, joka sisälsi 25,4 % NH^ra, 21,0 % CC>2:a ja 53,6 % vettä ja jonka lämpötila oli 131°C, putken 21 kautta C02:n väkevöintikolonniin 18 nopeudella 78 027 kg/h.

Tähän kolonniin, jonka absoluuttinen paine oli myös 18 atm, tuli putken 25 kautta virta, jossa oli 73 299 kg/h laimenninta, joka sisälsi vettä ja jälkiä NH3:sta ja C02:sta ja jonka nesteen lämpötila sen poistuessa desorptiolaitteesta, oli 206°C. Neste luovutti osan lämmöstään CC>2:n väkevöintikolonnin 18 pohjalle ja loppu lämpö otettiin talteen jäähdyttimessä 26.

15 71 501

Nestettä poistui desorptiolaitteesta 10 nopeudella 108 909 kg/h, mikä merkitsi, että 35 610 kg/h vettä poistettiin mahdollisesti jäädhyttäen jäähdyttimessä 27. Tätä vettä voitiin käyttää esimerkiksi NH^:n ja CC^tn absorbointiin.

C02:n väkevöintikolonnin yläpäähän tuli pesuvettä nopeudella 5959 kg/h viimeisten NH^-jälkien pesemiseksi pois. Höyryn avulla C02=n väkevöintikolonnin 18 pohjalämpötilaa pidettiin 158°C:ssa. Huipun lämpötila oli 35°C. Kaasuseosta, joka sisälsi 93,7 % CC^a ja 6,3 i muita kaasuja ja alle 100 ppm NH3:a, poistui kolonnista nopeudella 10 094 kg/h.

Kolonnin 18 pohjalta johdettiin liuosta, joka sisälsi 81,9 % H2O, 13,4 % NH3:a ja 4,7 % H20:a ja jonka lämpötila oli 158°C, desorp-tiolaitteeseen 10 nopeudella 147 826 kg/h.

Höyryn avulla liuoksesta stripattiin oleellisesti kaikki NH3 ja CC>2 desorptiolaitteessa niin, että vettä joka sisälsi vain jälkiä NH3:sta ja CC^sta, poistettiin nopeudella 108 909 kg/h. Lämpötila desorptiolaitteen huipulla oli 161,8°C.

Esimerkki 2

Kuviossa 2 esitetyn kaltaisessa laitteistossa oleellisesti puhdasta NH^ra ja oleellisesti puhdasta CC^ra erotettiin NH3:n, CC^n ja H20:n seoksesta.

15 atmosfäärin absoluuttisessa systeemin paineessa ja 73°C:n lämpötilassa NH3:n ja CC>2:n vesiliuosta, jonka koostumus oli 33,4 % NH3, 18,2 % CO2 ja 48,4 % vettä, syötettiin nopeudella 51 972 kg/h NH3:n väkevöintikolonnin 3 pohjalle. Ilmaa syötettiin kompressorin 6 läpi nopeudella 635 kg/h, josta 248 kg/h meni NH3tn väkevöintikolon-niin 3 ja 387 kg/h desorptiolaitteeseen 10. NH3:n väkevöintikolon-niin 3 tuli edelleen 37 943 kg/h kaasuseosta, joka sisälsi 49,1 % NH3:a, 15,5 % CC^ia/ 34,4 % H20:a ja 1,0 % muita kaasuja ja jonka lämpötila oli 158°C ja joka seos tuli desorptiolaitteesta 10.

Tämän kolonnin huipulta purettiin kaasuseosta, joka sisälsi 99,0 % NH3:a ja 1,0 % muita kaasuja, nopeudella 60 888 kg/h. Syväjäähdyttämällä osa tästä kaasuseoksesta nesteytyi jäähdyttjässä 5. Virtaus, jossa oli 40 056 kg/h tätä nesteytettyä seosta, johdettiin kolonniin 3 refluksointiseoksena. Kaasuseosta, joka sisälsi 81,7 % 16 71501 NH^:a ja 18,3 % muita kaasuja, poistui jäähdyttäjästä 5 nopeudella 3474 kg/h. Tätä seosta pestiin pesurissa 11 5003 kg/h:lla vettä.

Lämpö poistettiin pesurista 11 kierrätysjäähdyttimen 13 kautta. Liuosta, joka sisälsi 36,2 % NH3:a ja 63,8 % H20:a, palautettiin NH^rn väkevöintikolonniin nopeudella 7842 kg/h. Lämpötila kolonnin huipulla oli 39°C.

Putkien 16 ja 17 ja kompressorin Δ kautta johdettiin virta, jossa oli 635 kg/h inerttiä kaasua, C02:n väkevöintikolonniin 18, joka toimi 25 atmosfäärin absoluuttisessa systeemin paineessa.

Putken 20 ja pumpun B kautta johdettiin virta, jossa oli 77 172 kg/h nestettä, jonka koostumus oli 24,1 % NH3:a, 19,9 % C02:a ja 56,0 % H20:a ja jonka lämpötila oli 128°C, CC>2:n väkevöintikolonniin 18.

Tähän kolonniin 18, jossa absoluuttinen paine oli myös 25 atmosfääriä, tuli putken 25 kautta virta, jossa oli 48 915 kg/h laimenninta, joka koostui vedestä, jossa oli jälkiä NH^ista ja CC^rsta ja jonka nesteen lämpötila sen poistuessa desorptiolaitteesta oli 197°C.

Neste luovutti osan lämmöstään C02:n väkevöintikolonnin 18 pohjalle ja loppu lämpö poistettiin jäähdyttimessä 26.

Nestettä poistui desorptiolaitteesta nopeudella 85 031 kg/h, mikä merkitsi, että 36 116 kg/h vettä purettiin jäähdyttäen jäähdyttimessä 27, jota vettä voitiin käyttää esimerkiksi ΝΗβΐη ja C02:n ab-sorbointiin.

C02:n väkevöintikolonnin huipulle tuli pesuvettä nopeudella 5959 kg/h NH^:n viimeisten jälkien pesemiseksi pois mahdollisimman suuressa määrin. Höyryn avulla pöhjalämpötila C02:n väkevöintikolonnissa 18 pidettiin 170°C:ssa. Lämpötila huipulla oli 35°C. Kaasuseosta, joka sisälsi 9 3,7 % CC^a ja 6,3 % muita kaasuja ja alle 100 ppm NH2:a, poistui kolonnin huipulta nopeudella 10 094 kg/h.

Kolonnin 18 pohjalta johdettiin liuosta, joka sisälsi 80,0 % H20:a, 15,2 % NH3:a ja 4,8 % C02:a ja jonka lämpötila oli 170°C, desorp-tiolaitteeseen 10 sen jälkeen, kun sen painetta oli alennettu alennus-venttiilillä C.

17 71501 Höyryn avulla liuoksesta stripattiin oleellisesti kaikki NH^ ja CC>2 desorptiolaitteessa niin, että vettä, joka sisälsi vain jälkiä NH^rsta ja ecusta purettiin nopeudella 85 011 kg/h. Lämpötila des-orptiolaitteen huipulla oli 158°C.

Esimerkki 3

Kuviossa 3 esitetyn kaltaisessa laitteistossa oleellisesti puhdasta NH^ra ja oleellisesti puhdasta CC^ia erotettiin NH3 :n ja CC^n vesiliuoksesta, jonka koostumus oli aseotroopin C02~pitoisella puolella. 18 atmosfäärin absoluuttisessa systeemin paineessa ja 130°C:n lämpötilassa NH-j:n ja C02:n vesiliuosta, jonka koostumus oli 20 % NH^ra, 20 % CC^ia ja 60 % vettä, syötettiin CC^tn väkevöintikolonniin 18 nopeudella 50 000 kg/h.

NH3:n väkevöintikolonnin 3 pohjalta johdettiin nestettä, joka sisälsi 26,0 % NH^:a, 22,1 % CC^a ja 51,9 % H20:a ja jonka lämpötila oli 130°C, putken 21 kautta CC^tn väkevöintikolonniin 18 nopeudella 27 405 kg/h.

Tähän kolonniin 18 tuli putken 25 kautta virta, jossa oli 54 990 kg/h laimenninta, joka koostui vedestä ja NH3:n ja CC>2:n jäljistä, jonka nesteen lämpötila sen poistuessa desorptiolaitteesta 10 oli 206°C. Neste luovutti osan lämmöstään CC>2:n väkevöintikolonnin 18 pohjalla ja loppu lämpö poistettiin jäähdyttimessä 26.

Nestettä poistui desorptiolaitteesta 10 nopeudella 95 278 kg/h, mikä merkitsi, että 40 288 kg/h vettä purettiin mahdollisesti jäähdyttäen jäähdyttimessä 27. Tätä vettä voitiin käyttää esimerkiksi NH3:n ja CC^n absorboimiseen.

C02:n väkevöimiskolonnin yläpäähän tuli pesuvettä nopeudella 6347 kg/h NR3:n viimeisten jälkien pesemiseksi pois. Höyryn avulla pohja-lämpötila CC^jn väkevöintikolonnissa 18 pidettiin 160°C:ssa. Lämpötila huipulla oli 35°C. Kaasuseosta, joka sisälsi 94,6 % CC^ra ja 5,9 % muita kaasuja ja alle 100 ppm NH3:a, poistui tästä kolonnista nopeudella 10 694 kg/h.

Kolonnin 18 pohjalta johdettiin liuosta, joka sisälsi 82,0 % H20:a, 13,3 % NH3:a ja 4,7 % CC>2:a ja jonka lämpötila oli 160°C, desorp-tiolaitteeseen 10 nopeudella 128 683 kg/h.

18 71 501 Höyryn avulla liuoksesta stripattiin oleellisesti kaikki NH3 ja CC>2 desorptiolaitteessa niin, että vettä, joka sisälsi vain jälkiä NH3:sta ja CC^sta, purettiin nopeudella 95 278 kg/h. Lämpötila desorptiolaitteen huipulla oli 161,8°C. Kompressorin 6 läpi syötettiin 635 kg/h ilmaa, josta 248 kg/h johdettiin NH3tn väkevöinti-kolonniin 3 ja 387 kg/h desorptiolaitteeseen 10.

Kaasuseosta, josa sisälsi 50,7 % NH3:a, 17,9 % CO2:a> 30,4 % H2O:a ja korkeintaan 1,0 % muita kaasuja ja joka tuli desorptiolaitteesta 10, syötettiin NH3:n väkevöintikolonniin nopeudella 33 405 kg/h.

Tämän kolonnin huipulta purettiin kaasuseosta, joka sisälsi 99,0 % NH^ra ja 1,0 % muita kaasuja, nopeudella 62 360 kg/h. Jäähdytysveden avulla osa tästä kaasuseoksesta nesteytettiin jäähdyttäjässä 5. Palautusvirta, jossa oli 49 071 kg/h nesteytettyä seosta, johdettiin kolonniin 3. Kaasuseosta, joka sisälsi 80,7 % NH3:a ja 19,2 % muita kaasuja, poistui jäähdyttäjästä 5 nopeudella 3289 kg/h. Tämä pestiin pesurissa 11 4000 kg/h:11a vettä. Lämpö poistettiin pesurista 11 kierrätysjäähdyttimellä 13. Liuosta, joka sisälsi 39,9 % NHgra ja 60,1 % H20:a kierrätettiin NH3:n väkevöintikolonniin nopeudella 6654 kg/h. Lämpötila tämän kolonnin huipulla oli 50°C. Putkien 15 ja 16 kautta muita kaasuja johdettiin CC>2:n väkevöintikolonniin 18 nopeudella 635 kg/h.

Esimerkki 4

Kuviossa 4 esitetyn kaltaisessa laitteistossa oleellisesti puhdasta NHg:a ja oleellisesti puhdasta CC>2:a erotettiin niiden laimeasta vesiliuoksesta 18 atmosfäärin absoluuttisessa systeemin paineessa.

Nopeudella 50 000 kg/h NH3:a ja CC>2:n vesiliuosta, jonka koostumus oli 82,0 % H2O, 4,7 % CC>2 ja 13,3 % NH3, syötettiin desorptiolaitteeseen 10. Kolonnin ]3 pohjalta johdettiin liuosta, jolla oli suunnilleen sama koostumus ja jonka lämpötila oli 159,6°C, desorptiolaitteeseen 10 nopeudella 38 166 kg/h.

Höyryn avulla desorptiolaitteessa 10 olevasta nesteestä stripattiin oleellisesti kaikki NH3 ja CC>2 desorptiolaitteessa niin, että vettä, joka sisälsi vain jälkiä NH3:sta ja CC^sta, purettiin nopeudella 65 279 kg/h. Lämpötila desorptiolaitteen huipulla oli 162°C. Kompressorin 6 läpi syötettiin 635 kg/h ilmaa, josta 400 kg/h johdettiin NH3:n väkevöintikolonniin 3 ja 235 kg/h desorptiolaitteeseen 10.

Il 19 715 01

Kaasuseosta, joka sisälsi 50,7 % NH^ta, 17,9 % C02:a, 30,4 % i^Oia ja korkeintaan 1,0 % muita kaasuja ja joka tuli desorptiolaitteesta 10, syötettiin NH3:n väkevöintikolonniin nopeudella 23 522 kg/h. Tämän kolonnin huipulta purettiin kaasuseosta, joka sisälsi 98,4 % NHgta ja 1,6 % muita kaasuja, nopeudella 39 099 kg/h.

Jäähdytysveden avulla osa tästä kaasuseoksesta nesteytettiin jääh-dyttäjässä 5. Palautusvirta, jossa oli 29 160 kg/h nesteytettyä seosta, johdettiin kolonniin 3. Kaasuseosta, joka sisälsi 80,7 % NH-^ra ja 19,3 % muita kaasuja, poistui jäähdyttäjästä 5 nopeudella 3289 kg/h. Tämä pestiin pesurissa 11 4000 kg/h:lla vettä. Lämpö poistettiin pesurista 11 kierrätysjäähdyttimessä 13. Liuosta, joka sisälsi 39,9 % NH^sa ja 60,1 % H20:a, kierrätettiin NHg:n väkevöintikolonniin nopeudella 6654 kg/h. Lämpötila tämän kolonnin huipulla oli 50,6°C. Putkien 15 ja 16 kautta johdettiin muita kaasuja C02:n väkevöintikolonniin 18 nopeudella 635 kg/h.

NH3:n väkevöintikolonnin 3 pohjalta johdettiin nestettä, joka sisälsi 25,1 % NH3:a, 20,5 % C02:a ja 54,4 % H2O ja jonka lämpötila oli 132°C putken 21 kautta CC>2:n väkevöintikolonniin 18 nopeudella 20 237 kg/h.

Tähän kolonniin 18 tuli putken 25 kautta virta, jossa oli 18 801 kg/h laimenninta, joka koostui vedestä ja NH-^in ja CC>2:n jäljistä, jonka nesteen lämpötila sen poistuessa desorptiolaitteesta 10 oli 206°C. Neste luovutti osan lämmöstään C02:n väkevöintikolonnin 18 pohjalle ja loppu lämpö poistettiin jäähdyttimessä 26.

Nestettä poistui desorptiolaitteesta 10 nopeudella 65 279 kg/h, mikä merkitsi, että 46 478 kg/h vettä purettiin mahdollisesti jäähdyttäen jäähdyttimessä 27. Tätä vettä voitiin käyttää esimerkiksi NH3:n ja C02:n absorbointiin.

C02:n väkevöintikolonnin huipulle tuli pesuvettä nopeudella 1491 kg/h NH3:n viimeisten jälkien poispesemiseksi. Höyryn avulla C02:n väkevöintikolonnin 18 pohjalämpötilaa pidettiin 159,6°C:ssa. Lämpötila huipulla oli 42°C. Kaasuseosta, joka sisälsi 80,4 % CO2 ja 19,6 % muita kaasuja ja korkeintaan 100 ppm NHgra, poistui tästä kolonnista nopeudella 2995 kg/h.

20 71 501

Esimerkki 5 Tässä esimerkissä ilmoitetut määrät ovat yksiköissä kmol/h. 2317 kmol NH^:a syötetiin putken 112 kautta ja 1143 kmol CC>2 putken 104 kautta laitokseen, jollaista esitettiin ja kuvattiin edellä kuviossa 4, jolloin valmistui 1019 kmol/h ureaa vesiliuoksessa. Paine urea- reaktorissa 101, stripperissä 103, jäähdyttimessä 106 ja poistokaasu- 2 jäähdyttäjässä 115 oli n. 140 kg/cm . Stripperissä 103 2542 kmol NH-^ia, 551 kmol CC^ja ja 132 kmol l^Ora karkoitettiin ureareakto-rista 101 tulevasta synteesiliucksesta tuoreen CC>2:n avulla lämmittäen 215°C:ssa olevalla höyryllä. Jäähdyttäjässä 106 putken 105 kautta purettu kaasuseos tiivistettiin osittain seoksen avulla -joka syötettiin putken 108 kautta - jossa oli tuoretta NH^a ja ureareaktorista imettyä liuosta. Näin muodostuneesta kaasu/neste-seoksesta ja poistokaasujäähdyttäjässä 115 muodostuneesta karbamaat-tiliuoksesta, joka sisälsi 497 kmol NH3:a, 169 kmol CC^a ja 33 kmol H20:a, muodostettiin synteesiliuos ureareaktorissa 101 183°c:n keskimääräisessä lämpötilassa, joka liuos sisälsi 1061 kmol urea-määrän lisäksi 2683 kmol NH3.a, 627 kmol CC>2:a ja 1191 kmol P^O.

CC^sn konversio kohosi tämän vuoksi 62,8 %:in.

Liuosta, jossa oli 1019 kmol ureaa, 225 kmol NH^ia, 118 kmol CC^ia ja 1019 kmol I^Ora, purettiin stripperistä 103, joka liuos kuumennettiin 124°C:en karbamaatin hajotuslaitteessa 120 sen jälkeen, kun seoli laajennettu paineeseen 2,5 kg/cm . Muodostui kaasuseos, joka sisälsi 151 kmol NH3:a, 98 kmol CC^ia ja 159 kmol I^Oia ja joka erotettiin erottimessa 121 jäljellä olevasta urealiuoksesta, joka 1019 kmolrn ureamäärän ja 860 kmol:n I^O-määrän lisäksi sisälsi yhä 74 kmol NHjia ja 20 kmol C02 = a. NH3 ja CC>2 poistettiin suureksi osaksi paisuntasäiliössä 122 niin, että saatiin urean vesi-liuos .

Erottimessa 121 erotettu kaasuseos johdettiin C02:n erotuskolon-nin 128 pohjaosaan, jossa ylläpidettiin 2,5 kg/cm :n painetta ja käsiteltiin siinä 90°C:ssa olevalla prosessitiivisteellä, joka tuli viimeisestä käsittelyosastosta ja joka sisälsi 1117 kmol H20:a, 5,5 kmol NH3:a ja 2,25 kmol CC^a. Edelleen kolonniin 128 syötettiin putken 132 kautta 3700 kmol HjOia, joka sisälsi jälkiä Niistä, putken 133 kautta 739 kmol I^Cha, 298 kmol NH^ia ja 134 kmol C02:a ja putken 134 kautta 157 kmol H20:a. Putkien 132 ja 133 kautta syötettyjen liuosten lämpötilat olivat 88 ja 85°C samassa järjestyksessä ja putken 34 li 71501 21 kautta syötetyn pesuveden 40°C. Kolonnin 128 huipulta poistuva kaa-suseos sisälsi 143 kmol C02:a ja 3 kmol H20:a. Pohjaliuos, jonka lämpötila oli 106°C ja joka sisälsi 5939 kmol H20:a, 461 kmol NH^:a ja 92 kmol C02:a, johdettiin desorptiokolonniin 129. Tähän kolonniin syötettiin myös kaasuseosta, joka oli otettu talteen poistokaasu jäähdyttämän 115 huipputuotteesta ja joka sisälsi 156,5 kmol NH^ia, 39,2 kmol CC>2:a ja 371 kmol H20:a, ja 138°C:ssa olevaa höyryä johdettiin desorptiokolonnin 129 pohjaosaan. Tämän kolonnin poh-jatuotteesta, joka sisälsi 6972 kmol H20:a, jossa yhä oli jäikin NH3:sta jaC02:sta, jo mainittu osa syötettiin putkien 132 ja 134 kautta C02:n erotuskolonniin 128 ja jäljelle jäänyt osa johdettiin osittain pesuvetenä NH3:n erotuskolonniin 130 putken 143 kautta ja loppuosa käytettiin muualla prosessissa tai laskettiin viemäriin.

Kaasuseos, joka purettiin desorptiokolonnin 129 huipulta 110°C:n lämpötilassa ja joka sisälsi 618 kmol NH2: a, 134 kmol C02:a ja 709 kmol H20:a erotettiin - sen jälkeen kun se oli jäähdytetty 87°C:en jäähdyttimessä 141 - NH3:n erotuskolonnissa 130 pesemällä 29 kmol:11a 40°C:ssa olevaa vettä ja 170 kmol:lla -15°C:ssa olevaa NH^:a, jossa saatiin 490 kmol puhdasta NH2:a.

Claims (17)

71 501 22

1. Menetelmä oleellisesti puhtaan NH^in ja oleellisesti puhtaan CC^m erottamiseksi NH^:a ja C02:a sisältävästä seoksesta, joka seos on NH^:n ja C02:n kaasuseos tai NH^:n, CC>2:n ja vesihöyryn kaa-suseos, tai NH^rn ja C02:n vesiliuos, joka erottaminen toteutetaan NH^-erotusvyöhykkeessä lämmön vaikutuksella ja C02~erotusvyöhykkees-sä lämmön vaikutuksella, tunnettu siitä, että CC^-erotus-vyöhykkeeseen syötetään laimennusvettä sellaisin määrin, että lai-mennusveden ja C02~erotusvyöhykkeeseen tulevan syötön painosuhde on 0,2-6, ja että NH^/CC^/i^O-systeemin paine C02~erotusvyöhykkeessä on enintään kaksi kertaa systeemin paine NH^-erotusvyöhykkeessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu veden määrä on 0,5-2,5 kertaa C02-erotus-vyöhykkeeseen tulevan syötön paino.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesi on NH^:n ja C02:n liuos ja sisältää vähintään 90 paino-% vettä.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, jossa sanottu seos on runsaasti NH^ra sisältävä seos, tunnettu siitä, että a) johdetaan sanottu seos NH^-erotusvyöhykkeeseen, jossa kaasumaista NH, :a saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomana kiehuvaa NH^tn ja C02:n vesiliuosta saadaan pohjavirtana, ja b) johdetaan sanottu pohjavirta syöttönä C02~erotusvyöhyk-keeseen, jossa C02:a saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomana kiehuvaa NH3:n ja C02:n vesiliuosta saadaan pohjavirtana.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottua C02~erotusvyöhykkeestä saatua pohjaliuosta käsitellään desorptiovyöhykkeessä oleellisesti kaiken NH^m ja CC>2:n poistamiseksi siitä ja ainakin osa tällöin saadusta oleellisesti puhtaasta vedestä johdetaan C02-erotusvyöhykkeesee-seen.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottua C02~erotusvyöhykkeestä saatua vesiliuosta käsitellään oleellisesti kaiken NH^tn ja C02:n poistamiseksi siitä 71 501 23 kaasuseoksen muodossa vesihöyryn kanssa ja johdetaan ainakin osa sanotusta kaasuseoksesta NH^erotusvyöhykkeeseen.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, jossa sanottu seos on runsaasti C02:a sisältävä seos, tunnettu siitä, että a) johdetaan sanottu seos C02-erotusvyöhykkeeseen, jossa CC>2:a saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomana kiehuvaa NH^:n ja C02:n vesiliuosta saadaan pohjavirtauksena, b) johdetaan sanottu pohjavirta desorptiovyöhykkeeseen oleellisesti kaiken NH^jn ja C02:n poistamiseksi siitä kaasuseoksena vesihöyryn kanssa, ja c) johdetaan sanottu kaasuseos NH^-erotusvyöhykkeeseen, jossa kaasumaista NH^ja saadaan ylävirtauksena ja muuttumattomana kiehuvaa NH^rn ja C02:n vesiliuosta saadaan pohjavirtauksena.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu vesipitoinen pohjavirta johdetaan C02~erotusvyöhykkeeseen.

9. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että NH3-erotusvyöhyke toimii 60-170°C:n pöhjalämpötilassa ja -35 - +66°C:n huippulämpötilassa ja että C07-erotusvyöhvke toimii +75 - +200°C:n pohjalämpö-tilassa ja 0 - +100°C:n huippulämpötilassa, sanottujen vyöhykkeiden huippulämpötilan ollessa matalampi kuin pöhjalämpötila.

10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että C02-erotusvyöhyke toimii NH3/C02/H20-systeemin paineessa, joka on oleellisesti sama kuin systeemin paine NH^-erotusvyöhykkeessä.

11. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu NH^sn erotus suoritetaan NH3/C02/H20-systeemin absoluuttisessa paineessa, joka on välillä 5-25 atmosfääriä.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että NH^:n erotus suoritetaan NH3/CC>2/H20-systeemin absoluuttisessa paineessa välillä 15-22 atmosfääriä. 71501 24

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa sanottu seos on kaasuseos, joka koostuu oleellisesti NH^:sta, CC>2:sta ja H«0:sta ja joka on saatu hajottamalla konvertoitumatonta am- ^ 2 moniumkarbamaattia paineessa 1-25 kg/cm abs. valmistettaessa ureaa NH^rsta ja CO^JSta, tunnettu siitä, että a) johdetaan sanottu lisäkaasuseos C02~erotuskolonniin, jossa on lämpötilagradientti sen pohjalta huipulle, syötetään vettä tai vesiliuosta yhteen tai useampaan kohtaan pitkin C02~ erotuskolonnia sellainen määrä, että muodostuu NH^:n ja C02:n vesiliuos, joka sisältää 65-96 paino-% vettä, ja CC>2:n kaasuvirta, joka on oleellisesti vapaa NH3:sta ja vedestä ja poistetaan sanottua liuosta erotuskolonnin pohjalta ja sanottua CO^-virtaa sen huipulta, b) johdetaan sanottu NH^rn ja CC>2:n vesiliuos desorptiovyöhyk-keeseen, jossa NH^ ja CC>2 desorboidaan vesivirran saamiseksi, joka on oleellisesti vapaa NH^ista ja C02:sta ja toisen kaasuvir-ran saamiseksi, joka sisältää NH^za, jäännös-C02:a ja vettä, ja c) johdetaan sanottu toinen kaasuvirta NH^-erotusvyöhykkeeseen, jossa CC>2 ja H20 erotetaan vesipitoiseksi poistovirraksi ja NH^ poistetaan erillisenä kaasuvirtana NH3-erotusvyöhykkees- tä ja kierrätetään suoraan tai epäsuorasti sanottuun synteesivyö-hykkeeseen ja jossa CO^-erotusvaihe, desorptiovaihe ja NH^-erotusvaihe suoritetaan absoluuttisessa paineessa välillä 1-25 kg/cm2.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa a) vettä lisätään sellainen määrä, että muodostuu NH^zn ja CC>2:n vesiliuos, joka sisältää 80-95 paino-% vettä.

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että C02~erotuskolonni, desorptiovyöhyke ja NH_-erotusvyöhyke toimivat absoluuttisessa paineessa välillä 1-6 -5 2 kg/cm .

16. Patenttivaatimuksen 13 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että C02~erotuskolonni, desorptiovyöhyke ja NH3~erotusvyöhyke toimivat oleellisesti samassa paineessa.

17. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 13-16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että NH3~erotusvyöhvkkeen vesipitoista poistovirtaa kierrätetään C02-erotusvvöhykkeeseen. 71501 25