KR820001898B1 - 암모니아, 이산화탄소 및 물을 함유하는 혼합물에서 암모니아와 이산화탄소를 분리하는 방법 - Google Patents

Abstract

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Description

암모니아, 이산화탄소 및 물을 함유하는 혼합물에서 암모니아와 이산화탄소를 분리하는 방법

제1도는 일정압력하에서 NH₃/CO₂/H₂O의 시스템을 나타낸 도면이다.

제2도는 NH₃와 CO₂의 분리가 거의 동일한 압력에서 수행되는 희석방법과 연관성 방법을 사용한 본 발명에 따른 도면이다.

제3도는 NH₃와 CO₂의 분리가 서로 다른 압력에서 수행되는 제2도와 유사한 도면을 도시하고 있다.

본 발명은 본질적으로 암모니아와 이산화탄소를 함유하는 혼합물에서, 실제적으로 이산화탄소와 물이 포함안된 암모니아와, 실제적으로 암모니아와 물이 포함안된 이산화탄소를 분리하여 회수하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 실제적으로 이산화탄소와 물이 포함안된 암모니아오프개스(off-gas)가 암모니아 분리 반응구역에서 분리되고, 암모니아, 이산화탄소 물을 함유하는 최종 잔류액상은 상기로부터 제거되어 이산화탄소 분리 반응구역으로 들어가고 실제적으로 암모니아와 물이 포함안된 이산화탄소 오프개스는 이산화탄소 분리반응구역에서 분리되고, 암모니아, 이산화탄소, 몇몇 화학 반응에서 물을 함유하는 최종 잔류액상은 상기로부터 제거되는 방법이다.

몇몇 화학반응에서, 암모니아와 이산화탄소, 그리고 때때로 물로 함유하는 화학적 혼합물이 부산물로서 생성되는 수가 있다.

예를 들면, 요소로부터의 멜라민의 합성에서, 멜라민 1ton당 적어도 1.7ton의 암모니아와 이산화탄소를 함유하는 가스혼합물이 부산물로 생성된다.

상기 혼합물은 부산물인 카르밤산 암모늄의 분해와 요소 생성물의 분리에 의한 이산화탄소와 암모니아로 부터 요소를 제조할 때도 역시 생성된다.

예를 들어 요소 합성방법의 재가역 순환에서처럼 멜리민 혹은 요소에서 상기한 것은 분리한 후에 상기 암모니아와 이산화탄소를 효과적으로 활용하기 위하여, 대부분의 경우에 상기 개스를 높은 압력으로 상승시키는 것이 필요하다.

상기 합성물의 압축에는 부수적으로 생성되는 고체카르밤산 석출과 이산화탄소, 그리고 암모니아의 축합을 피하기 위해 특별한 측정이 요구된다.

상기 이유 때문에, 상기 개스 혼합물은 고압상태까지 펌프로 끌어올릴 수 있고 경우에 따라 농축 혹은 탈착이 가능하도록, 물 또는 수용액에 흡수되어 카르밤산암모늄 용액을 이루게 된다.

상기 방법의 단점은 암모니아와 이산화탄소와 함께 요소반응로에서 재가역 순환된 물이 요소 합성반응에서 나쁜 영향을 받는다는 것이다.

상기 사실은 부산물인 합성물에서 암모니아와 이산화탄소를 단독으로 제거하기 위해, 혼합물 그리고 카르밤산 암모늄의 생성과 석출을 피하기 위해 단독으로 재가 역순환 시키기 위해 제안되었다.

그러나 암모니아와 이산화탄소의 2원 시스템은 암모니아와 이산화탄소의 그램분자의 비가 약 2 : 1 될때 최대 공비 혼합물(共沸混合物)을 형성하기 때문에 간단한 증류에 의해서는 분리될 수가 있다.

상기 현상은 역시 암모니아, 이산화탄소 그리고 물의 3원 시스템에서도 발생하는데, 여기에서 쓰여진 공비 혼합물이라는 단어는 3원 시스템에 있어서도 역시 상기 현상을 포함한다고 이해하여야 한다.

또한 여기에서 쓰여진 2원 혹은 3원 혼합물에서 암모니아에 대한 "많은" 이란 단어는 열이 암모니아가 "많은" 혼합물에 가해졌을때, 실제적으로 순수한 개스상태에서 암모니아는 남은 혼합물이 경계선(후에 정의됨)위의 성분비를 가질때까지 빠져나간다고 이해하여야 한다.

반면에 암모니아에 대한 "적은"이란 단어는 혼합물의 암모니아가 "많은"이 아닌 상태를 말한다.

역으로 이산화탄소에 대한 "많은" 이란 단어는 열이 혼합물의 이산화탄소가 "많은" 혼합물에 가해졌을 때 실제적으로 순수한 이산화탄소가 빠져나가는 것을 나타낸다.

이산화탄소에 대한 "적은" 이란 단어는 혼합물의 이산화탄소가 "적은" 이 아닌 상태를 말한다.

제1도는 일정한 압력하에서 암모니아, 이산화탄소, 물의 3원시스템을 나타낸 3각도면을 도시하고 있다.

상기 시스템은 "경계선"이라는 Ⅲ라인에 의해 두부분으로 나누어지고, 일정한 압력하에서 변하는 물 농축에 대한 공기 혼합물의 성분비를 나타낸다.

상기 경계선은 보통의 증류나 정류기술에 의해서는 옮겨질 수 없다. 그래서 암모니아에비해 액체 혼합물이 많은 경우, 즉 제1도의 Ⅰ영역에 속하는 경우는 정류되고, 개스상태의 암모니아는 액체성분비가 경계선에 다달을 때까지 빠져나간다.

한편, 혼합물이 이산화탄소에 비해 많은 경우, 즉 제1도의 Ⅱ영역에 속하는 경우는 정류되고, 개스상태의 이산화탄소는 액체 성분비가 경계선에 다달을 때까지 빠져나간다.

일단 액체 혼합물의 성분비가 경계선에 다달으면, 일정한 압력하에서 모든 성분의 개스상태의 혼합물에 기인한 정류와 증류가 발생한다.

그러나 남은 액체 혼합물의 성분비는 경계선을 벗어나지 못한다. 이외에도 암모니아와 이산화탄소의 혼합물이 부산물로 얻어지는 화학반응의 예는 1968년 9월 9∼11일에 열린 네번씩 유럽심포지움에 대비해서 퍼가몬(perfamon)출판사에서 간행된 P.J.C 카젠브러드(kaasenbrood)가 지은 캐미칼 리액션 엔지니어링(chemical reaction engineering)지의 317∼328P에서도 볼 수 있다.

이러한 암모니아와 이산화탄소의 혼합물에서 상기 성분들을 분리시키는 여러가지 방법들이 제안되었으며, 이들 종래 방법의 내용과 그 문제점을 열거해 보면 다음과 같다.

우선, 암모니아의 분리회수는 가장 중요하고, 또 암모니아는 가장 비싼 성분이기 때문에 방법중 일부는 액체에서 암모니아 혹은 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 방법에 중점을 두고 있는 것들이었다.

예를 들어 네덜란드왕국 특허 제 143,063호에는 상승된 압력하에서 질산암모늄 같은 암모니아가 강력한 산인 암모늄염의 수용액에 흡수되는 방법이 설명되어 있으며,

모노 에타올 아민(monoethanolamine)같은 수용성 알카놀아민 용액과 함께 개스 혼합물의 세척에 의한 이산화탄소의 선택적인 흡수는 독일연방공화국 특허 제669,314호에 설명되어 있다.

그러나 상기의 여러방법들을 이용하여 흡수된 성분들은 그 후에 흡수체로 부터 제거되어야 하고, 그리고 정제되어야 한다는 결점을 갖고 있다.

또한 두번째공정의 높은 시스템 앞력에서 수행된 증류에 의한 첫번째 공정에서, 대부분의 암모니아가 증류되는 것을 이용하여 암모니아 이산화탄소, 물의 혼합물에서 암모니아의 이산화탄소를 분리시키는 방법도 제안되었다.

상기의 "시스템압력"이란 단어는 여기에서 사용된 암모니아, 이산화탄소, 그리고 물의 부분 압력의 총합을 나타낸다.

이런 종류의 방법은 미합중국 특허 제 3,112,177 호, 제 4,060,591와 영국특허 제 916,945호, 제 1,129,939 호에 설명되어있다.

미합중국 특허 제 3,112,177 호에는 첫번째 공정 1∼5 사이의 절대대기의 시스템 압력에서 수행되는 것인데, 암모니아, 이산화탄소, 물의 혼합물이 암모니아에 비해 적은 혼합물에서 이산화탄소를 분리시키는 방법에 대해 설명하고 있다.

남은 액체는 예를 들어 거의 절대대기 1의 압력에서 메탄이 제거된다. 상기 사실은 시스템 압력의 저하와 암모니아와 일단의 이산화탄소가 빠져나갈때 기인하고, 그래서 절대대기 1의 압력인 메탄, 암모니아와 이산화탄소의 혼합물을 얻을 수 있다.

개스 혼합물에 포함된 이산화탄소의 트레이스(trace)를 제거하기 위해 일부의 혼합물이 축합되고 액체 암모니아에 의해 이산화탄소가 흡수된다.

미합중국 특히 제 4,060,591 호는 상승된 압력에서 CO₂의 제거에 의해 혼합물이 먼저 탄산화되고, 또한 CO₂와 H₂0를 함유하는 수용성 혼합물에서 암모니아를 회수하는 방법이 설명되어 있다.

회수되고 남은 액체에서 모든 NH₃, CO₂, H₂O등이 제거되고, 탈산화(脫酸化)스텝과 연관되어 순수한 암모니아 개스흐름을 만들기 위해 최종 개스 혼합물은 저하된 압력에서 추출되거나 제거된다.

이와 유사한 방법이 영국특허 제 916,945 호에도 설명되어 있는데, 암모니아 성 용액(ammoniacal liquor)은 냉수(冷水)에 의해 상승하는 개스에서 암모니아가 세척되는 고압탑에서 탈산화되어 개스상태의 이산화탄소가 산출된다.

그후에 남은 액체는 모든 암모니아와 이산화탄소로부터 유리되는 스트리퍼(stripper)까지 팽창된다.

최종 가스상태의 혼합물은 후자가 탈산화되기 전에, 실제적으로 순수한 암모니아 흐름을 산출하면서 전부 혹은 일부의 암모니아성 용액휘드(feed)가 세척되거나 추출된다.

영국특허 제 1,129,939 호에는 암모니아에 비해 암모니아와 이산화탄소를 함유하는 개스혼합물이 많은 물질이, 물이나 혹은 수용액에 흡수되는 것을 설명하고 있다.

암모니아는 대기 압력하에서 최종 수용액으로 부터 증류되며, 용액의 잔류물은 이산화탄소를 제거하기 위해 열을 가하면서 절대대기 5에서 20사이의 압력에서 분별증류한다.

상기 방법은 암모니아, 이산화탄소 그리고 물의 시스템에서 압력을 변화시킴으로써 낮은 압력에서는 암모니아가 분리되고 높은 압력에서는 이산화탄소가 분리되는 원리를 이용한 것이다.

이 "차등압력" 시스템에서 이산화탄소 분리반응구역의 압력은 적어도 암모니아 분리 반응구역의 2배가 되어야 한다.

특히 암모니아 분리반응구역과 이산화탄소 분리반응구역에서 분리가 순조롭게 진행되려면 압력의 비는 1 : 5에서 1 : 20 사이가 되어야 한다. 그러나 차등압력 방법은 만일 암모니아와 이산화탄소의 혼합물이 1이상의 대기압력에서 수행된다면, 먼저 대기압력 1까지 팽창되는 단점이 있다.

그러면 개스상태의 암모니아는 최대 대기압력 1을 갖도록 방출되고, 혹은 더 낮은 경우에는 다량의 다른 개스가 나타난다.

만약 상기 암모니아가, 예를들어 요소가 합성방법과 같은 또 다른 과정을 거치게 되면, 더 높은 압력으로 상승된다.

압축에너지는 상기 경우에 실제적으로 더욱더 필요하며, 더구나, 암모니아의 이산화탄소 농축은 콤푸레샤나 고압력라인에서 고체카르밤산 암모늄의 생성과 석출을 피하기 위해 극히 낮게 유지시켜야 하는 단점이 있다.

이 차등압력이 필요하지 않는 다른 방법이 네달란드왕국 특허 제 7,612,163 호에 설명되어 있다.

상기 방법에서 만일 이산화탄소 분리 방응구역에 공급되는 휘드를 함유하는 암모니아와 이산화탄소가 중량으로 0.2∼6배 되게 물의 첨가에 의하여 희석된다면, 상기 암모니아와 이산화탄소의 총중량은 휘드를 함유하게 되고, 상기와 같이 차등압력을 할 필요없이 상기 혼합물에서 암모니아와 이산화탄소를 분리회수할 수 있다는 것이다.

간단하게 하기 위하여 상기 후자의 방법은 이후에 "희석방법" 이라고 한다.

희석방법의 한 실시예에 의하면, 실제적으로 이산화탄소와 물로부터 유리된 암모니아는 암모니아 분리 반응구역에서 암모니아에 비해 많은 암모니아, 이산화탄소, 그리고 물의 혼합물로부터 먼저 분리된다.

상기 암모니아 분리 반응구역의 하부를 떠나는 잔류 액상은, 암모니아 분리 반응 구역으로 부터 이산화탄소 분리반응구역으로 공급되는 잔류 액상이 물의 중량의 0.2∼6배 정도로 희석되는 이산화탄소 분리반응구역에서 분리된다.

상기 희석방법의 다른 실시예에서, 실제적으로 암모니아와 물로부터 유리된 이산화탄소는, 이산화탄소 분리반응구역에서 혼합물의 암모니아에 비해 적은 암모니아, 이산화탄소 그리고 물의 혼합물에서분리된다.

상기 이산화탄소 분리반응구역의 하부에서 잔류액상은 실제적으로 모든 암모니아와 이산화탄소가 흡수되는 탈착반응구역으로 공급되고, 최종개스상은 암모니아 분리반응구역으로 공급된다.

실제적으로 이산화탄소와 물로부터 유리된 암모니아는 암모니아 분리반응구역에서 최종 개스상으로부터 회수되고, 최종액상은 이산화탄소 분리 반응구역으로 공급된다.

희석수는 중량의 0.2∼6배의 정도로 상기 이산화탄소 분리 반응구역으로 첨가되고 암모니아 분리 반응구역으로 부터 이산화탄소 분리반응구역으로 공급되는 잔류액상을 위한 최초혼합물은 분리된다.

희석방법에 따른 또다른 실시예에서는, 암모니아와 이산화탄소를 함유하는 혼합물은 실제적으로 물을 함유하는 물질로부터 분리되고, 또한 상기 혼합물을 암모니아와 이산화탄소가 탈착되는 탈착반응 구역으로 먼저 공급하는 것이 이익이고, 상기의 물질은 수증기와 함께 암모니아 분리반응구역으로 공급된다.

실제적으로 이산화탄소와 수증기로부터 유리된 암모니아는 암모니아 분리반응구역의 상부에서 얻어지고 암모니아, 이산화탄소, 그리고 물을 함유하는 잔류액상은 이산화탄소 분리반응구역으로 공급된다.

또한 희석수는 중량의 0.2∼6배 정도로 이산화탄소 분리반응 구역으로 공급되고, 잔류액상의 총량은 암모니아 분리반응구역으로부터 이산화탄소 분리반응구역으로 공급된다.

실제적으로 암모니아와 물로부터 유리된 이산화탄소는 이산화탄소 분리반응구역의 상부에서 얻어지고, 이산화탄소 분리반응구역의 잔류액상은 탈착반응구역으로 공급된다.

차등 압력 방법과 희석 방법에서 양자모두, 이산화탄소 분리반응구역의 잔류액상의 성분비는 분리효율을 최대로 높이기 위해 일반적인 조건에서 경계선이나 혹은 공비혼합물 성분비이거나 거의 가까이가야 한다는 조건이 필요하다.

즉 이산화탄소(제 1 도의 Ⅱ영역)에 비해 많이 남아있는 상기 성분비는 경계선으로부터 약간 떨어지게 되고, 잔류액체의 이산화탄소 용량이 경계선 성분비 중량의 1% 이내인한, 초과에너지는 분리에 의해 소모되고, 전분리과정을 통한 재가역순환 흐름은 실제적으로 요구되는 것보다는 크게된다.

그러나, 경계선으로부터 상기 잔류액체 성분비까지의 거리는 예를들어 1.5∼2% 정도 크게 되기도 한다.

"경계선으로 부터의 거리"라는 단어는 여기에서 양자모두 중량%로 나타나는 잔류액체의 이산화탄소 용량과 대응하는 경계선의 점에서의 이산화탄소 용량사이의 거리를 나타낸다.

그래서 제1도의 상기 잔류액체의 성분비는 Ⅱ영역의 점에 의해 나타나고, 비교적 경계선에 가까와진다. 경계선에서 대응하는 점은 경계선의 교차점이고, 직선은 Ⅱ영역의 잔류액체성분비를 나타내는 점을 CO₂, 정점으로부터 이어서 그려졌다. 이산화탄소, 분리반응구역에서, 잔류액체의 이산화탄소 용량의 미소한 증가도 같은 분리조건을 유지하기 위해서는 에너지의 커다란 증가를 필요로 하고, 이산화탄소 농축을 가능한 한 낮게 유지하는 것이 중요하다.

그러나 이산화탄소의 농축을 일정하게 유지시키는 것은, 분리가 보통 발생하는 조건에서 미소한 변화에 대해서도 민감하기 때문에 매우 어렵다는 것이 밝혀졌으며,

또한 상기 변화는 상기 잔류액체에서 이산화탄소 용량의 증가에 의해 대부분 발생하고 불필요한 에너지소모를 증가시키는 결점이 있다.

상기한 어려움은 만일 상기 잔류액상의 성분비가 상기한 방법보다 이산화탄소가 적은 이산화탄소 분리반응구역의 하부에서 제거된다면 극복될 수 있다는 것이 현재 밝혀졌다.

다른말로하면, 제1도를 참조하여, 상기 잔류액상의 성분비는 경계선 Ⅲ의 암모니아축(Ⅰ영역)에서 이루어져야 하고, 또 이루어진다는 점이다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 상기 잔류액상이 제거되는 상기이산화탄소 분리반응구역안으로 잔류액상을 만들만큼 충분한 암모니아를 포함하는 가스체를 이산화탄소에 비례하여 집어넣는 것이다.

가스상을 함유하는 암모니아는 순수한 암모니아, 혹은 이산화탄소 분리반응구역에서 제거되는 액상의 이산화탄소비에서 암모니아를 증가시킬 수 있는 암모니아를 함유하는 혼합물일 것이며, 상기 개스상은 상기 잔류액상이 평형일때 NH_3/CO₂몰비가 개스상에서보다 높다면 암모니아와 이산화탄소의 혼합물이 될수도 있다.

이산화탄소에서 제거된 최종잔류액상은 탈착반응구역으로 공급되고 암모니아, 이산화탄소, 수증기를 함유하는 오프개스는 실제적으로 암모니아와 이산화탄소가 포함안된 탈착된 물의 액상에서 분리되고, 일부의 상기 오프개스는 상기한 암모니아 분리반응구역으로 공급되고, 상기한 오프개스의 나머지는 상기한 개스상을 함유하는 암모니아와 마찬가지로 이산화탄소 분리반응구역으로 공급된다.

상기 탈착반응구역의 오프개스중 중량으로 1∼50%, 특히 5∼40%는 이산화탄소 분리반응구역의 하부로 공급된다.

이산화탄소 분리반응구역의 하부로 공급되는 상기 개스상을 함유하는 암모니아의 양은 적어도 경계선의 대응점에 대하여 그러나 경계선을 지나 상기라인에서 암모니아가 많은 측으로 특히 중량으로 2% 미만의 거리로 제거된 잔류액상의 이산화탄소 용량을 옮기기에 충분해야한다.

물은 이산화탄소 분리반응구역으로 흐르는 총질량을 합한 성분비는 이산화탄소에 비해 경계선쪽으로 치우친 곳에 있어야 한다. 그렇지 않으면 이산화탄소는 분리될 수 없다.

상기한 희석방법과 연관된 본 발명의 방법은, 특히 에너지소모가 적고, 이산화탄소 분리는 분리반응구역의 휘드 성분비의 변화에 민감하지 않게되는 장점이 있다.

여기서 여러 분리반응구역을 순환해야하는 액체흐름이 체적은 반드시 감소되어야 한다.

특히 여러 분리반응구역의 압력은 50∼5,000KPa사이이어야 한다. 암모니아 분리반응구역의 냉각수의 온도에 의존하는 약 1,800KPa 혹은 그 이상의 압력에서 냉각수의 냉각에 의한 분리된 암모니아가 비교적 쉽게 경제적으로 액화될 수 있다.

희석방법에서, 이산화탄소 분리반응구역의 시스템 압력은 암모니아분리 반응구역과 동일하거나 더 높을수 있다.

그러나 특히, 이산화탄소 분리반응구역의 시스템 압력은 암모니아 분리반응구역의 시스템 압력보다 2배이상 되지 말아야 한다.

여러 분리반응구역의 온도는 압력에 의존하는데, 휘드의 성분비와 생성물에 요구되는 정제도는 분리되어야 한다.

희석방법에서 관을 정류하는 상기 온도는 분리반응구역에서 적용되며 일반적으로 아래표와 같은 범위에 있다.

탈착반응구역의 온도도 역시 압력에 의해 결정되는데, 반응구역에 대한 휘드의 성분비와 탈착수를 위한 요구되는 정제도(암모니아와 이산화탄소의 양)는 상기 반응구역의 하부에서 제거된다.

일반적으로 상기온도는 사용된 압력에서 탈착된 액상의 비등점보다 높게 선택되어야 한다.

차등압력 방법과 연관된 본 발명에 따른 방법에서, 이산화탄고 분리반응구역의 시스템 압력은 적어도 암모니아 분리반응구역의 시스템 압력의 2배는 되어야 한다.

그러나, 분리가 순조롭게 진행되려면 암모니아 분리반응구역의 시스템 압력과 이산화탄소 분리 반응구역의 시스템 압력의 비가 1 : 5와 1: 20 사이의 범위이어야 한다.

또한 차등압력 방법을 쓰면 분리에서 보조하기 위해 이산화탄소 분리반응구역에 약간의 희석수를 공급할 수 있는 이점이 있다.

상기 경우에 첨가되는 희석수의 양은 이산화탄소와 암모니아 분리 반응구역 사이의 차등압력과 여러휘드의 성분비를 포함하는 여러가지 인자에 의존한다.

분리 공정에서 분리되는 혼합물의 선택은 첫번째 공급되는 즉 상기 혼합물의 성분비에 의존된다.

그래서 상기한 것이 만약 암모니아(제 1 도의 Ⅰ영역)에 비해 많다면 암모니아 분리반응구역으로 공급하는 것이 제일 이익이 된다. 반면에, 상기한 것이 만약 암모니아(경계선 Ⅲ 혹은 제 1 도의 Ⅱ영역내부)에 비해 적다면 먼저 이산화탄소 분리반응구역으로 먼저 공급하는 것이 이익이다.

최종으로, 분리된 혼합물이 암모니아나 실제로 물을 함유하는 것에 비해 많다면 먼저 탈착스텝으로 공급하는 것이 이익이 된다.

암모니아와 이산화탄소 반응구역은 본 발명에 따른 개스나 액체성분을 분리하는 적당한 일정한 형태의 기구로 구성된다. 그러나 정류, 증류, 세척관 등을 제한하지는 않는다.

그러나, 정류관이나 정류반응구역을 갖는 관은 본 발명에 따른 개선된 방법에 가장 적당하다.

상기 방법이 적용되는 분리방법에 의한 여러 분리반응구역 사이의 흐름에서 여러변화가 일어나는데, 상기한 것은 본 발명의 범이내에 있다.

본 발명에 따른 실시예는, 암모니아와 이산화탄소의 분리 반응구역이 거의 동일한 압력인 희석방법에 암모니아가 첨가되는 것을 나타낸 제 2 도에 도시되어 있다.

제2도는 NH₃정류관(3)의 암모니아 분리반응구역, CO₂정류관(18)의 이산화탄소 분리반응구역, 탈착기(10)의 탈착반응구역으로 구성된다.

NH_3,CO₂와H₂0의 혼합물은 도관(1)과 펌푸(1)를 통해 NH₃정류높으로 공급된다. NH₃는 도관(4)을 통해 증류관(3)의 상부로부터 방출된다. 상기 NH₃는 컨덴서(5)에서 (과)냉각에 의해 축합된다. 축합되지 않은 NH₃의 개스상태 혼합물과 내부개스는 컨덴서로부터 빠져나간다.

구조물질을 부동(不動)시키기 위한 설비로 공급되는 공기로 부터 나오는 내부개스는 적정한 수준까지 부식을 줄이기 위해 용기와 도관에 사용된다.

자연적으로 산소 혹은 산소 해방물질을 산소 대신에 상기 목적에 쓰일 수 있다.

공기의 일부는 콤푸레샤(6)과 도관 (7)(8)을 통한 NH₃정류관(3)과 도관(9)를 통한 탈착기(10)의 일부에 공급된다.

컨덴서(5)의 개스상태의 혼합물은 도관(34)를 통해 공급되는 물로 세척되어 추출기(11)에서 NH₃가 유리되고, 반면에 일정양의 흡수열은 재가역순환 냉각기(13)에서 펌푸(12)를 통해 방출되고 도관(14)을 통해 추출기(11)로 복귀되는 최종 NH₃수용액의 냉각부분에 의해 제거된다.

생성된 용액은 도관(15)을 통해 NH₃정류관(3)으로 복귀된다. 내부 개스는 도관(16)을 통해 방출되고 도관(17)을 통해 CO₂정류관(18)의 하부로 공급된다.

만일 원한다면 도관(19)을 통해 완전히 혹은 일부분이 역시 방출될 수 있다.

컨덴서(5)에서 액화된 NH₃의 일부는 환류로서 쓰이기 위해 도관(20)을 통해 NH₃정류관으로 거꾸로 흐른다.

물에 있는 NH₃와 CO₂용액은 도관(21)를 통해 NH₃정류관(3)의 하부로 방출된다.

상기 용액은 주로 NH₃정류관(3)과 동일한 압력에서 작동되는 CO₂정류관(18)을 지난다. 탈착기(10) 하부 생성물의 일부는 펌푸(22)와 도관(23)에 의해 희석제로서 CO₂, 정류관(18)에 공급된다. 향상된 열분포를 얻기위해, 상기 탈착수는 CO₂정류관(18)의 하부에서 먼저 자체열을 방출하도록 허용된다. 정류에 필요한 열의 나머지는 여기에서 예를들어 스팀과 같은 가열 코일(24)에 의해 공급된다. 도관(23)으로 부터의 액체흐름의 일부는 도관(28)을 통해컨덴서(26)(27)에서 냉각한 후에 도관(25)을 통해 방출된다.

첨가되는 일정양의 세척수는 CO₂에서 가능한한 완전하게 NH₃를 제거하기 위해 도관(29)을 통해 CO₂정류관(18)으로 공급된다. 만약 있다면 NH₃로부터 유리된 CO₂와 내부 개스를 함유하는 개스는 도관(30)을 통해 정류관(18)의 상부로 부터 빠져나온다. CO₂정류관(18)의, 물에 있는 NH₃와 CO₂가 희석된 용액인 잔류액상 혹은 하부 생성물은 도관(31)을 통해 탈착기(10)로 공급된다.

주로 모든 NH₃와 CO₂는 예를 들어 가열코일(32)의 스팀에 의한 가열에 의해 탈착기(10)에서 제거된다.

주로 NH₃와 CO₂로부터 유리된 최종 탈착수는 도관(23)을 통해 CO₂정류관(18)으로 공급된다. 탈착기(10)에서 생성된 NH3, CO₂와 H₂O의 개스상태의 혼합물은 일부분이 도관(33)을 통해 NH₃정류관(3)으로 공급되고, 일부분이 도관(38)을 통해 CO₂정류관(18)의 하부로 공급된다. 본 발명에 따른 상기 실시예에서 NH₃가 많은 영역에 있는 성분비를 갖는 NH₃, CO₂와 H₂0 오프개스 혼합물의 상기 탈착반응 구역에서 CO₂정류관(18)의 하부에 있는 NH₃에 비해 많은 수용액을 만든다.

희석방법을 활용한 본발명에 따른 또다른 실시예는, CO₂정류가 NH₃정류의 압력보다 높은곳에서 수행되는 것이 제3도에 도시되어 있다. 상기 도면은 제 2 도와 유사한데, 같은 번호는 동일한 의미이다. 다른 점은, 각각 개스와 액체의 흐름압력을 상승시키기 위해 설치된 도관(17)(21)에 있는 콤푸레샤(A)와 펌푸(B)이다. 게다가 탈착기(10)로 부터 개스상태 혼합물의 일부를 감소시키는 밸브(C)로 구성되는 도관(33)은 압력이 감소된다. 여기에서 탈착관(10)은 주로 CO₂정류와 같은 동일한 시스템압력에서 작동된다. 더구나 도관(8)은 공급되는 공기일부의 압력을 낮추기 위해 사용되는 감소밸브(D)로 구성된다.

차등압력 방법을 활용하는 본 발명에 따른 세번째 실시예는 제 3 도에 도시된 기구에 의해 수행된다.

상기 경우에 CO₂가 분리되는 곳의 압력은 NH₃가 분리되는 곳의 적어도 2배, 특히 5배 정도가 되어야 한다. 상기 경우에 희석방법에서처럼 CO₂분리반응구역으로 첨가되는 희석제가 필요없다. 본 발명은 다음의 실시예에 따라 상세히 설명될 수 있는데, 이는 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

[실시예 1]

실제적으로 순수한 NH₃와 CO₂는 희석방법을 사용하여 제 3 도에 도시된 구조를 가진 설비로 NH₃, CO₂와 H₂0의 혼합물에서 분리된다. 제 2 도와 연관하여 상기에 설명한 것처럼 제 3 도의 참고도면에서는 중량에 의한 %를 사용했다. 압력은 NH₃/CO₂/H₂0의 시스템 압력에 대해 설명했다. 실제압력은 내부개스의 존재때문에 약간 높다.

성분비가 NH₃38.3%, CO₂21.1%, 물 40,6%가 함유된, 압력된 1,800KPa은 온도 66℃, 44,348kg/h가 되는 NH₃와 CO₂의 용액은 NH₃정류관(3)에 첨가된다. 635kg/h되는 공기는 콤푸레샤(6)에 의해 첨가되고, 248kg/h 되는 공기는 NH₃정류관(3)으로 도입되고, 387kg/h되는 공기는 탈착기(10)로 공급된다.

탈착기(10)로 부터의 NH₃55.4%, CO₂9.6%, H₂0 33.5%와 비활성개스 1,5%를 함유하는 25,270kg/h되는 온도가 184.7℃인 개스상태의 혼합물은 밸브(C)를 통해 1800KPa의 압력으로 팽창되고, NH₃정류관(3)으로 공급된다. NH₃98.0%, H₂O 0.3%와 비활성개스 1.7%를 함유하는 37,246kg/h되는 개스상태의 혼합물은 상기 관의 상부로부터 방출된다.

상기 개스상태 혼합물의 일부는 컨덴서 (5)의 냉각에 의해 액화된다. 17,824kg/h 되는 상기 혼합물은 환류에 의해 NH₃정류관(3)으로 복귀된다. 16,959kg/h 되는 액체 NH₃는 방출된다. NH₃74.2%, 비활성개스 25.8%를 함유하는 2,464kg/h되는 개스상태의 혼합물은 컨덴서(5)로부터 빠져나간다.

상기 혼합물은 2,000kg/h되는 물에 의해 추출기(11)에서 세척된다. 열은 재가역순환 컨덴서(13)를 통해 추출기(11)에서 제거된다. 시간당 NH₃47.8%, H₂O 52.2%를 함유하는 3,829kg/h의 용액이 NH₃정류관(3)으로 복귀된다. 상기관에서 상부의 온도는 53℃정도이다.

635kg/h되는 비활성개스는 시스템 압력이 3,600KPa에 일때 작동되는 CO₂정류관(18)으로 도관(16)(17)과 콤푸레샤(A)를 통해 공급된다. NH₃25.8% CO₂21.8%와 H₂0 52.4되는 성분비를 가진 온도가 131℃인 54,273kg/h되는 액체는 도관(21)과 펌푸(B)를 통해 NH₃정류관(3)의 하부로부터 CO₂정류관(18)으로 공급된다. 압력이 3,000KPa되는 상기 CO₂정류관(18)에 도관(38)을 통해탈착기(10)로 부터, 7,200kg/h되는 혼합물이 공급된다. 상기량은 탈착기(10)로 부터 나온 개스혼합물 총량의 22.4%이다. 정류관(18)에, 탈착기를 나올 때의 온도가 23℃가 되는 NH₃와 CO₂의 트레이스(trace)와 물을 함유하는 46,313kg/h되는 희석제가 도관(25)를 통해 공급된다.

상기열의 일부는 CO₂정류관(18)의 하부에서 해방된다. 72,222kg/h되는 액체 모두는 탈착기로 부터 방출되어서, 그래서 컨덴서(27)에서 냉각된후에 25,914kg/h되는 물은 시스템으로 부터 방출되고, 상기 탈착수는 예를들어 NH₃와 H₂0의 흡수를 위해 사용된다. 5,951kg/h되는 세척수는 최종 NH₃의 트레이스를 세척하기 위해 CO₂정류관(18)의 상부로 공급된다. CO₂정류관(18)의 하부온도는 스팀에 의해 180℃ 정도로 유지된다. 상부의 온도는 55℃이다.

10,061kg/h되는 특히 CO₂93.2%와 NH₃100ppm 이하를 함유하는 개스상태의 혼합물은 상부로 부터 빠져나온다. H₂0 79.9%, NH₃17.3%와 CO₂3.0%를 함유하는 온도가 180℃인 104,311kg/h 되는 용액은 CO₂, 정류관(18)의 하부에서 탈착기(10)로 공급된다.

상기 액체의 성분비는 NH₃가 많은 경계선의 측면에 있다. 상기 탈착기에서 용액은 주로 스팀에 의해 NH₃와 CO₂가 유리되고, 그래서 단지 NH₃와 CO₂의 트레이스와 함께 72,227kg/h되는 물은 방출된다.

탈착기 상부에서의 온도는 185℃이다.

[실시예 2]

실시예 1에 설명한 방법에서, 탈착기로 부터 NH₃와 CO₂분리 반응구역으로 복귀되는 개스혼합물 일정량의 비는 각각 변한다. 상기한 방법으로 잔류액상은 CO₂가 많은 측면과 NH₃가 많은 측면의 경계선에 위치한 성분비를 갖는 CO₂분리 반응구역의 하부에서 얻을 수 있다.

첨부한 도표는 경계선에 연관된 CO₂분리 반응구역에서 제거된 잔류액상 성분비의 위치에 의존하는 연관된 에너지 소모를 나타낸다. 상기 모든 경우에 얻어진 여러 성분비의 양과 순도에 대한 동일한 결과는 원하는 바이다. 각각의 실험에서 에너지 소비는, 개스를 함유하지 않은 NH₃가 CO₂분리 반응구역으로 공급될때 100%로 놓았다.

암모니아를 함유하지 않는 개스상의 암모니아분리관의 하부로 공급되는 것에 기인한 상기 도표 "경계선으로 부터의 거리"에서, "-1"은 암모니아에 비해 많은 경계선 측면위 CO₂중량의 1%를 나타내고, "0"은 경계선위의 성분비를 갖는 잔류액상을 나타내고, "+1"은 CO₂에 비해 많은 경계선 측면위 중량의 1%를 나타낸다.

Claims (1)

1. 이산화 탄소와 물이 포함 안된 암모니아 오프가스(off-gas)는 증류 혹은 정류 구역으로 구성되는 암모니아 분리구역에서 암모니아, 이산화탄소, 물의 혼합체로부터 분리되고, 이로 인해 생긴 암모니아, 이산화탄소 및 임의의 물을 포함하는 잔류액상(residual liquid phase)은 이구역에서 제거되어 이산화탄소 분리 구역으로 넘어가고 : 암모니아와 물이 포함안된 이산화탄소 오프(off-gas)는 증류 또는 정류구역으로 구성되는 이산화탄소 분리구역으로 구성되는 이산화 탄소 분리구역에서 분리되고, 이로인해 생긴 암모니아 이산화탄소 및 임의의 물을 포함하는 잔류액상이 이 구역에서 제거되도록한 방법에 있어서, 이산화탄소분리 구역의 압력이 암모니아 분리 구역의 압력보다 높으며, 상기의 이산화탄소 분리구역 안쪽으로 그 구역에서 제거되는 상기 잔류액상을 만들만큼 충분한 5-40%의 암모니아 가스 혼합체(ammonia containing gaseous phase)와 0.2∼6배의 희석수가 유입되는 것을 특징으로 한 암모니아, 이산화탄소 및 물을 함유하는 혼합물에서 암모니아와 이산화탄소를 분리하는 방법.

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