FI74947B - Foerfarande foer avlaegsning av urea, ammoniak och koldioxid fraon utspaedda vattenloesningar. - Google Patents

Description

74947

Menetelmä urean, ammoniakin ja hiilidioksidin poistamiseksi laimeista vesiliuoksista Tämä keksintö kohdistuu menetelmään urean, ammoniakin ja hiilidioksidin poistamiseksi laimeista vesiliuoksista.

Kun ureaa valmistetaan ammoniakista ja hiilidioksidista muodostuu ureasynteesiliuos korkeassa lämpötilassa ja vastaavassa paineessa, joka liuos vielä sisältää olennaisen määrän vapaata ammoniakkia ja reagoitumatonta ammoniumkarba-maattia. Karbamaatti hajotetaan yhdessä tai useammassa vaiheessa paineen alla ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi, jotka suurimmaksi osaksi poistetaan läsnä olevan vapaan ammoniakin kanssa ja kierrätetään tavallisesti takaisin. Lopullisessa hajotusvaiheessa saadaan ureavesiliuos, joka vielä sisältää liuennutta ammonjäkkiä ja hiilidioksidia, jotka jälkeenpäin poistetaan paisuttamalla ilmakehän paineeseen tai alempaan paineeseen. Urean vesiliuos väkevöidään haihduttamalla ja/tai kiteyttämällä ja käsitellään edelleen. Haihdutuksen aikana muodostuu kaasuseos, joka vesihöyryn ohella sisältää mukana kulkevia hienoja ureapisaroita ja ammoniakkia sekä hiilidioksidia.

Kuten urealiuoksen paisutuksessa lopullisen hajottamisvaiheen jälkeen erottunut kaasuseos, tämä kaasuseos kondensoidaan ja siten saatu nk. prosessikondensaatti palautetaan osittain prosessiin lopullisesta hajottamisvaiheesta poistetun kaa-suseoksen absorboimiseksi. Jäljellä oleva osa hylätään. Prosessikondensaatti sisältää myös sen veden, joka on syötetty prosessiin höyrynä haihdutusvyöhykkeessä olevien ejektorien käyttämiseksi, pesuveden, karbamaattipumppujen tiivistys-hoikkien huuhte]uvedeh jne. Ureamoolia kohti muodostuu yksi mooli vettä. Ureatehtaassa, jonka kapasiteetti on 1500 tonnia ureaa päivässä muodostuu näin ollen 450 tonnia vettä päivässä. Lisäksi sisään syötetään noin 300 tonnia vettä 2 74947 päivässä, niin että päivää kohti on poistettava kokonaisuudessaan noin 750 tonnia vettä.

2-9 paino-%:n ammoniakkimäärä, 0,8-6 paino-%:n hiilidioksidimäärä ja 0,3-1,5 paino-%:n ureamäärä, jotka ovat läsnä tässä vedessä edustavat toisaalta tärkeitä raaka-ainemääriä ja tuotetta, ja kuormittaisivat toisaalta pintavettä, johon tämä jätevesi laskettaisiin,siinä määrin että useimmissa maissa viranomaiset eivät enää tätä sallisi. Siksi on tarpeen poistaa suurin osa ammoniakista ja ureasta ennen ulos laskemista .

Tätä tarkoitusta varten voidaan prosessikondensaatti saattaa altiiksi julkaisussa Industrial Wastes, syys/lokakuu 1976, sivut 44-47, selostetulle käsittelylle, jossa käsittelyprosessissa prosessikondensaatti, joka alhaisessa paineessa suoritetulla desorptiolla jo on vapautettu osasta ammoniakkia ja hiilidioksidia, johdetaan korkeammassa paineessa reak-tiokolonnin pohjaan ja kuumennetaan siinä höyryn avulla, joka myöskin on syötetty pohjaan, minkä seurauksena urea hydrolysoituu. Näin saatu liuos poistetaan reaktiokolonnin yläosasta. Hydrolysoitumattoman urean pienen määrän lisäksi se sisältää ammoniakkia ja hiilidioksidia, jotka poistetaan, sen jälkeen kun liuos on paisutettu mainittuun alhaiseen paineeseen, toisessa desorptiokolonnissa höyrystrippauksella. Tällä tavoin erotettua kaasuseosta käytetään strippausväli-aineena ensimmäisessä desorptiovaiheessa. Toisen desorptio-kolonnin pohjatuote poistetaan sen jälkeen kun se on saatettu lämmönvaihtokosketukseen käsiteltävän prosessikondensaatin kanssa. Käytännössä tämä jätevirta sisältää vielä noin 50 ppm NH^:a ja 50 ppm ureaa. Hyvin pitkilläkään viiveajoilla, joihin vaadittaisiin epäkäytännöllisen suuria reaktiokolon-neja, ei ole mahdollista saavuttaa alempaa ureapitoisuutta kuin 20-25 ppm.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten aikaansaada prosessi, jonka avulla sekä laimeiden vesiliuosten ammoniakki- pitoisuus että ureapitoisuus voidaan laskea alle 100 ppm. Täs sä tarkoituksessa sovelletaan tunnusmerkkien yhdistelmää kä sittäen seuraavaa: 3 74947 1. Ureaa sisältävä liuos, jolla suoritetaan hydrolysoi nti käsittely, sisältää ammoniakki- ja hiilidioksidimääriä, jotka ovat mahdollisimman vähäisiä.

2. Ureaa sisältävä liuos saatetaan vastavirtakosketukseen inertin kaasun kanssa, josta saadaan hydrolysoinnissa tarvittava lämpö ja joka samalla toimii strippausaineena siten, että hydrolysoi nti reaktiosta saatu ammoniakki erotetaan liuoksesta .

3. Hydrolysoinnissa täten saatu ammoniakkia ja hiilidioksidia sisältävä kaasuseos poistetan heti kun se on muodostunut.

Näin ollen keksintö kohdistuu menetelmään urean, ammoniakin ja hiilidioksidin poistamiseksi laimeista vesiliuoksista käsittäen ammoniakin ja hiilidioksidin poistamisen esidesorp-tiovyöhykkeessä 1-5 baarin paineessa, urean hydrolysoinnin reaktiokolonnissa paineessa vähintään 10 baaria samalla syöttäen lämpöä, minkä jälkeen seuraa ammoniakin ja hiilidioksidin desorptio reaktiokolonnista poistetusta vesiliuoksesta. Menetelmälle on tunnusomaista se, että esidesorptiovyöhyk-keestä saatu liuos johdetaan paineessa 30 baariin asti reak-tiokolonnin yläosaan ja saatetaan virtaamaan siinä alaspäin vastavirtaan kaasuvirtaan nähden, jonka lämpösisältö on riittävä pitämään yllä reaktiokolonnin yläosassa lämpötilaa vä- o

Iillä 170 ja 220 C ja reaktiokolonnin alaosassa lämpötilaa o välillä 180 ja 230 C, ammoniakkia, hiilidioksidia ja vesihöyryä sisältävä kaasuseos poistetaan reaktiokolonnin yläosasta ja oleellisesti ureasta vapaa ammoniakin ja hiilidioksidin vesiliuos poistetaan reaktiokolonnin alaosasta, minkä jälkeen ammoniakki ja hiilidioksidi poistetaan 1-5 baarin paineessa reaktiokolonnista poistetusta liuoksesta.

4 74947

Ammoniakki ja hiilidioksidi täytyy poistaa käsiteltävästä liuoksesta sellaiselle tasolle, että reaktiokolonnin alaosissa, missä urean pitoisuus on alhainen, urean hydrolysointi edelleen ei esty. Hydrolysointikäsittelyssä syntyvä ammoniakkia ja hiilidioksidia sisältävä kaasuseos poistetaan neste-faasista reaktiokolonnissa heti, kun se on muodostunut. Tätä kaasuseosta voidaan käyttää kuumennus- ja strippausväliainee-na esidesorptiovyöhykkeessä.

Reaktiokolonnissa käytetty kuumennus- ja strippausväliaine on edullisesti höyryä, jonka paine on 15-42 baaria. On totta, että muita kaasuja voidaan yhtä hyvin käyttää, 74947 5 mutta ne on uudestaan erotettava, mikä merkitsee lisäkustannuksia.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää kaaviomaisesti urean käsittelyssä muodostuneen prosessikondensaatin käsittelyprosesseja.

Säiliöön 1 varastoidun prosessikondensaatin paine nostetaan 1-5 baariin, esimerkiksi 3-4 baariin, pumpun 2 avulla ja johdetaan lämmönvaihtimen 3 kautta esidesorptiokolonnin 4 yläpuoliskon pohjaan. Siinä suurin osa liuenneesta ammoniakista ja hiilidioksidista poistetaan strippaamalla sellaisilla kaasuvirroilla, jotka johdetaan alapuoliskoon reaktio-kolonnista 5 ja desorptiokolonnista 6 ja näiden kaasuvirto-jen lämpösisällön avulla. Tällä tavoin erotettu kaasuseos, joka myös sisältää vesihöyryä, kondensoidaan täysin palautus-jäähdyttimessä 7. Pieni osa kondensaatista palautetaan esidesorptiokolonnin 4 yläosaan, suurin osa johdetaan putkea 8 pitkin ureasynteesiin, esimerkiksi lopullisen hajottamisvai-heen kondensaatio- ja absorptiovyöhykkeeseen.

Esidesorptiokolonnissa 4 käsitelty liuos, joka liuos vielä sisältää pienten ammoniakki- ja hiilidioksidimäärien lisäksi, käytännöllisesti katsoen kaiken alkuperäisen urean, johdetaan sen jälkeen pumpun 9 avulla 10-30 baarin paineessa, esimerkiksi 12,5 baarin paineessa, lämmönvaihtimen 10 kautta reaktiokolonnin 5 yläosaan. Reaktiokolonni 5 on jaettu, esimerkiksi seulalevyillä, lukuisiin osastoihin, jotka toimivat ideaalisina kaasun puhdistajina. Tämän reaktiokolonnin pohjaan johdetaan putkesta 11 kaasuvirta, joka esitetyssä suoritusmuodossa on 15-30 baarin, esimerkiksi 25 baarin paineista höyryä. Kolonnin pituussuuntainen lämpötilavaihte-lu asetetaan säätämällä höyryn määrää ja painetta reaktio-kolonnissa, niin että yläosan lämpötila on 170-220°C ja pohjan lämpötila 180-230°C. Mainitussa paineessa 12,5 baaria käytetään yläosassa 181°C:n lämpötilaa ja alaosassa 193°C:n lämpötilaa. Keskilämpötila on siten noin 185°C. Höyry luo- 6 74947 vuttaa lämmön, joka tarvitaan urean hydrolysointiin ja tässä prosessissa vapautuvan ammoniakin ja hiilidioksidin haihduttamiseen. Reaktiokolonnissa 5 alaspäin virtaavan liuoksen ureapitoisuus alenee suhteellisen nopeasti ja sitä nopeammin mitä korkeampi lämpötila on. On havaittu, että määrätyn viiveajan jälkeen nesteessä olevan ammoniakin ja hiilidioksidin pitoisuus määräävät lopullisen ureapitoisuuden. Tämän vuoksi ammoniakin hiilidioksidin esidesorptio on usein tarpeen vaadittavan alhaisen, 10 ppm tai sitä alemman ureapitoisuuden saavuttamiseksi. Kun lämpötila on esimerkiksi keskimäärin 185°C on lyhin viiveaika reaktiokolonnissa 70 min.

Kun keskimääräinen lämpötila reaktiokolonnissa on korkeampi, riittää lyhyempikin viiveaika.

Poistettujen kaasujen ja reaktiokolonnissa 5 muodostuneen strippausväliaineen seos poistetaan yläosasta ja johdetaan, paisuntalaitteessa 12 suoritetun paisutuksen jälkeen paineeseen, jossa esidesorptiokolonni 4 toimii, esillä olevassa prosessisuoritusmuodossa 3-4 baaria, esidesorptiokolonniin 4 jonkin matkaa prosessikondensaatin syöttökohdan alapuolelle, jossa kolonnissa se luovuttaa osan lämpösisällöstään alaspäin virtaavalle nesteelle.

Neste joka kerääntyy reaktiokolonnin 5 pohjalle ja joka on melkein vapaa ureasta, luovuttaa lämpöä lämmönvaihtimessa 10 tämän kolonnin syötteelle ja paisutetaan sen jälkeen paineen-alennuslaitteessa 13 paineeseen 1-5 baaria, esimerkiksi 3,5 baaria, sekä johdetaan desorptiokolonnin 6 yläosaan. Kaasumaisen ammoniakin, hiilidioksidin ja vesihöyryn seos, jotka vapautuvat paisutuksessa, erotetaan välittömästi tässä ja jäljellä oleva nestefaasi virtaa alaspäin desorptiokolonnissa vastavirtaan putkesta 14 syötetyn höyryn määrään nähden, jonka lämpösisältö on niin suuri, että se riittää haihduttamaan ammoniakin ja hiilidioksidin ja jonka strippauskapa-siteetti lisäksi on niin suuri, että se riittää halutun 10 ppm:n tai alhaisemman ammoniakkipitoisuuden saavuttamiseen.

74947 7

Siten poistettu ammoniakki ja hiilidioksidi ja mukana kulkeva vesihöyry johdetaan yhdessä desorptiokolonnin yläosasta erotetun kaasuseoksen kanssa esidesorptiokolonnin 4 pohjaan toimien siinä kuumennus- ja strippausväliaineina käsiteltävälle nesteelle.

Desorptiokolonnin 6 pohjasta poistetaan jätevirta, jonka urea- ja ammoniakkipitoisuudet ovat 10 ppm tai sitä alempia. Osa tämän virran lämpösisällöstä käytetään lämmönvaihtimes-sa 3 esidesorptiokolonnissa 4 käsiteltävän nesteen esiläm-mittämiseksi. Sen jälkeen jätevesivirta mahdollisesti jäähdytetään jäähdyttimessä 15 jäähdytysvedellä ja lasketaan lopuksi ulos putkesta 16.

Esimerkki Käsiteltiin yllä selostetun prosessin mukaisesti prosessi-kondensaattia, joka oli saatu ureatehtaasta, jonka tuotanto oli 1500 tonnia päivässä. Määrät on annettu kgioina tunnissa.

Prosessikondensaatti, 28 333 kg, jossa oli 4,38 paino-% ammoniakkia, 2,95 paino-% hiilidioksidia ja 1,09 paino-% ureaa, kuumennettiin lämmönvaihtimessa 3 lämpötilasta 42°C lämpötilaan 125°C. Esidesorptiokolonnissa 4 tämä liuos saatettiin paineessa 3,43 baaria vastavirtakosketukseen reaktioko-lonnista 5 peräisin olevan 1147 kg:n kaasuseoksen kanssa, joka sisälsi 66 kg ammoniakkia, 252 kg hiilidioksidia ja 829 kg vesihöyryä ja jolla oli lämpötila 181°C, ja sen jälkeen 5562 kg kaasuseoksen desorptiokolonnista 6, jonka koostumus oli: 421 kg ammoniakkia, 5 kg hiilidioksidia ja 5136 kg vesihöyryä ja jonka lämpötila oli 136°C. Kolonnin 4 yläosasta poistettiin 2293 kg ammoniakkia, 1720 kg hiilidioksidia ja 2528 kg vesihöyryä. Tämä kaasuseos kondensoitiin täydellisesti ja osa siten saadusta liuoksesta, jonka lämpötila oli 54°C ja joka sisälsi 876 kg ammoniakkia, 657 kg hiilidioksidia ja 966 kg vettä, palautettiin refluksina desorptiokolonniin. Jäljellä oleva osa, joka sisälsi 1562 kg veden ohella, 1417 kg ammoniakkia ja 1063 kg hiilidioksidia, palautettiin ureatehtaaseen.

8 74947

Siten esidesorptiovaiheessa oli jo 75 % alkuperäisestä am-moniakkimäärästä poistunut.

30 349 kg veden ohella desorboitu liuos sisälsi 310 kg ammoniakkia, 31 kg hiilidioksidia ja 319 kg ureaa ja saatettiin pumpun 9 avulla paineeseen 12,26 baaria ja johdettiin sen jälkeen kun se oli kuumennettu 135°C:sta lämpötilaan 183°C lämmönvaihtimessa 10, reaktiokolonnin 5 yläosaan. Reaktiokolonnin pohjaan johdetun höyryn määrä oli 1700 kg, sen lämpötila oli 225°C ja paine 24,5 baaria. Syötteesä läsnäoleva urea hydrolysoitui melkein täydellisesti ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi. Kaasuseos, jolla oli tämä koostumus, poistettiin ja paisutettiin paineesta 14,7 baaria paineeseen 3,43 baaria.

Reaktiokolonnin pohjatuote sisälsi 31 127 kg vettä, 419 kg ammoniakkia ja 6 kg hiilidioksidia ja käytettiin reaktiokolonnin syötevirran esikuumentamiseen, jossa prosessissa lämpötila putosi 193°C:sta lämpötilaan 146°C. Paisuttamalla de-sorptiokolonnin 6 alaosassa paine alennettiin jälleen 3,43 baariin, jossa prosessissa lämpötila edelleen laski 136° C:een. Tässä desorptiokolonnissa tämä liuos stripattiin 5000 kg:11a höyryä, jonka lämpötila oli 147°C. Tässä prosessissa muodostui mainittu 5562 kg:n kaasuseos, joka johdettiin esidesorptiokolonnin pohjaan. Desorptiokolonnin 6 pohjasta poistettua vettä käytettiin ensin käsiteltävän proses-sikondensaatin kuumennukseen, jossa käsittelyssä lämpötila putosi 139°C:sta lämpötilaan 63°C, ja jäähdytettiin jälkeenpäin jäähdytysvedellä 40°C:een, minkä jälkeen se poistettiin. Se sisälsi 6 ppm ammoniakkia ja 8 ppm ureaa.

Claims (6)

9 74947 Patenttivaatimukset ι i s -r ι

1. Menetelmä urean, ammoniakin ja hiilidioksidin poistamiseksi laimeista vesiliuoksista käsittäen ammoniakin ja hiilidioksidin poistamisen esidesorptiovyöhykkeessä 1-5 baarin paineessa, urean hydrolysoinnin reaktiokolonnissa paineessa vähintään 10 baaria samalla syöttäen lämpöä, minkä jälkeen seuraa ammoniakin ja hiilidioksidin desorptio reaktiokolonnista poistetusta vesiliuoksesta, tunnettu siitä, että esi-desorptiovyöhykkeestä saatu liuos johdetaan paineessa 30 baariin asti reaktiokolonnin yläosaan ja saatetaan virtaamaan siinä alaspäin vastavirtaan inerttiin kaasuvirtaan nähden, jonka lämpösisältö on riittävä pitämään yllä reaktiokolonnin yläosassa lämpötilaa välillä 170 ja 220°C ja reaktiokolonnin alaosassa lämpötilaa välillä 180 ja 230°C, ammoniakkia, hiilidioksidia ja vesihöyryä sisältävä kaasuseos poistetaan reaktiokolonnin yläosasta ja oleellisesti ureasta vapaa ammoniakin ja hiilidioksidin vesiliuos poistetaan reaktiokolonnin alaosasta, minkä jälkeen ammoniakki ja hiilidioksidi poistetaan 1-5 baarin paineessa reaktiokolonnista poistetusta liuoksesta .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyryä käytetään reaktiokolonnissa mainittuna kaasuvirtana.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että käytetään höyryä, jonka paine on 15-42 baaria .

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ammoniakkia ja hiilidioksidia poistetaan reaktiokolonnin pohjasta poistuvasta liuoksesta strippaamalla vastavirrassa höyryllä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiokolonnin yläosasta 74947 10 poistettu kaasuseos johdetaan 1-5 baarin paineessa suoritetun paisutuksen jälkeen esidesorptiovyöhykkeeseen.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että reaktlokolonni n pohjasta poistetusta liuoksesta erotettu ammoniakkia ja hiilidioksidia sisältävä kaasuseos johdetaan esidesorptiovyöhykkeeseen.