NO801092L - Fremgangsmaate ved separasjon av ammoniakk og karbondioksyd fra blandinger inneholdende ammoniakk, karbondioksyd og vann - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører separasjon av i det vesentlige rent NH^ og i det vesentlige rent C02fra en blanding innholdende NH^, C02og vann, hvor NH^separeres ved rektifisering i en NH^-separasjonssone hvoretter den gjenværende flytende fase innmates til en CC^-separasjonssone hvor.gassformig C02separeres ved rektifisering og den erholdte flytende fase utmates fra bunnen av denne sone til en desorpsjonssone hvori det vesentlige alt NH^og C02som fremdeles er tilstede i den flytende fase separeres som en gassformig blanding.

I visse kjemiske prosesser erholdes blandinger inneholdende ammoniakk, karbondioksyd<p>g enkelte ganger vann,, som bipro-dukter. For eksempel vist ved syntese av melamin fra urea så erholdes en gassblanding som i tillegg til melamin også inneholder ammoniakk og karbondioksyd i mengder på minst 1,7 tonn pr. tonn melamin. Slike blandinger erholdes også ved fremstilling av urea fra ammoniakk og karbondioksyd som følge av spaltning av biproduktet ammoniumkarbamatdg dets separasjon fra ureaproduktet.

For effektivt å utnytte denne ammoniakk og karbondioksyd

etter dets separasjon fra melamin eller urea, eksempelvis for resirkulering til en ureasynteseprosess, er det i de fleste tilfeller nødvendig å komprimere gassen til et høyere trykk. Komprimering av en slik blanding nødvendiggjør spesielle for-holdsregler for å forhindre kondensasjon av ammoniakk og karbondioksyd. og avsetning av fast ammoniumkarbamat som dannes derved.

På grunn av dette blir slike gassblandinger vanligvis absor-bert i vann eller i en vandig oppløsning, hvilket resulterer i dannelse av en ammoniumkarbamatoppløsning som kan pumpes til ureasyntesereaktoren, hvilken oppløsning enkelte ganger konsentreres ved desorpsjon og gjentatte absorpsjoner ved høyere trykk. En ulempe ved denne fremgangsmåte er at vann, som resirkuleres til ureareaktoren sammen med ammoniakk og karbondioksyd, har en ugunstig effekt på ureasyntesereaksjonen.

i

Det har vært foreslått å fjerne ammoniakk og karbondioksyd separat fra biproduktblandingene og resirkulere de separat for å unngå dannelse og avsetning av ammoniumkarbamat. Imidlertid vil det binære system av ammoniakk og karbondioksyd danne et maksimaltkokende azeotrop ved et molforhold ammoniakk-til-karbondioksyd i forholdet ca. 2:1, hvorfor bestanddelene ikke kan separeres ved en enkel destillasjon. Dette fenomen oppstår også for det ternære system av ammoniakk, karbondioksyd og vann og betegnelsen "azeotrop" bør således forstås å innbefatte dette fenomen også i et ternært system. Også anvendt i foreliggende beskrivelse med hensyn til en slik binær eller ternær blanding, betegnelsen "rik" med hensyn til ammoniakk skal forstås å bety at når varme tilføres en blanding "rik" på ammoniakk så vil i det vesentlige ren . ammoniakk unnslippe inntil den gjenværende blanding har en sammensetning på grenselinjen (som blir definert i det etter-følgende) . På den annen side vil betegnelsen "mager" med . hensyn til ammoniakk bety at blandingen ikke er "rik" på ammoniakk.

På den samme måte vil betegnelsen "rik" med hensyn til karbondioksyd bety at når varme tilføres en blanding "rik" på karbondioksyd så vil i det vesentlige rent karbondioksyd unnslippe. Betegnelsen "mager" med hensyn til karbondioksyd betyr at blandingen ikke er "rik" på karbondioksyd.

Fig. 1 viser det ammoniakk-karbondioksyd-vann ternære system, ved konstant trykk i et triangulært diagram. Systemet er delt i to arealer av linjen III som i det følgende betegnes med "grenselinjen" og som representerer den azéotrope blanding ved konstant trykk for varierende vannkonsentrasjoner. Denne grenselinje kan ikke overskrides ved hjelp av normale destillasjons- eller rektifiseringsteknikker.

Således når en væskeblanding som er rik med hensyn til ammoniakk, dvs. at den ligger i området I på fig. 1 rektifiseres vil gassformig ammoniakk unnslippe inntil væskens sammensetning' når grenselinjen. Når en blanding er rik med hensyn til karbondioksyd, dvs. når den faller innen området II på fig. 1 rektifiseres, vil gassformig karbondioksyd unnslippe inntil væskens sammensetning når grenselinjen. Straks væské-blandingéns sammensetning er ved grenselinjen vil en ytterligere rektif i s-er ing eller destillasjon ved konstant trykk resultere i en gassformig blanding av alle bestanddelene, men sammensetningen av den gjenværende væskeblanding vil ikke forlate grenselinjen. Se også P.J.C. Kaasenbrood, Chemical Reaction Engineering, Proceedings of the Fourth European S mposium, 9 - 11 september 1968 (Pergamon Press 1971, sidene 317 - 328).

Det har vært foreslått forskjellige metoder for å unngå denne azeotropi, allé som innbefatter separasjon av ammoniakk-kar-bondioksydblandinger til deres bestanddeler. Separat gjenvinning av ammoniakk er viktigst da denne er den mest verdi-fulle bestanddel.

Noen av disse fremgangsmåter er basert på selektiv absorpsjon av enten ammoniakk eller karbondioksyd i en væske. I hollandsk patentsøknad nr. 143.063 er eksempelvis beskrevet en fremgangsmåte hvori ammoniakk.absorberes i en vandig opp-løsning av et ammoniumsålt av en sterk syre, så . som ammonium-nitrat, ved forhøyet trykk. Selektiv absorpsjon av karbondioksyd ved å vaske gassblandingen med en vandig alkanol-aminoløsning, så som monoetanolamin, er vist i tysk patent nr. 669.314. Imidlertid er alle'disse, fremgangsmåter beheftet med den ulempe at den absorberte bestanddel deretter må fjernes fra absorbanten og deretter renses.

Det er ytterligere foreslått å separere ammoniakk og karbondioksyd fra blandinger av ammoniakk, karbondioksyd og vann ved avdestillering. av mesteparten av ammoniakken i et første trinn etterfult av. avdestillering av karbondioksyd i et andre trinn utført ved et høyere systemtrykk. Den benyttede betegnelse "systemtrykk" betyr summen av partialtrykkene av ammoniakk, karbondioksyd og vann. Fremgangsmåter av denne type er eksempelvis beskrevet i US^-patentene nr. -j 3.112.177 og 4.060.591 og i .de britiske patenter nr. 916.945 og 1.129.939.

I US-patent nr. 3.112.177 beskrives en fremgangsmåte hvor det første trinn utføres ved et absolutt systemtrykk på 1 - 5 kp/cm 2, karbondioksydgass separeres fra blandingen av ammoniakk, karbondioksyd og vann hvilken oppløsning er utarmet med hensyn til ammoniakk. Den gjenværende væske blir.deretter strippet, eksempelvis med metan ved et absolutt' trykk på

1 kp/cm 2. Dette fører til en senkning av systemtrykket og

at ammoniakk og noe karbondioksyd unnslipper, slik at det erholdes en blanding av metan, ammoniakk og karbondioksyd méd et absolutt totaltrykk på 1 kp/cm 2'. For å fjerne spor av karbondioksyd som inneholdes i gassblandingen blir en del av blandingen kondensert hvilket forårsaker at karbondioksyd absorberes av den flytende.ammoniakk.

I US-patent nr. 4.060.591 er vist en fremgangsmåte for gjenvinning av ammoniakk fra vandige blandinger som også inneholder karbondioksyd og vann, og hvor blandingen først av-' sures ved å strippe' ut C02 ved forhøyet trykk. Den gjenværende væske blir deretter strippet for all NH^, CO^og . E^O og den . erholdte gassblanding vaskes eller .strippes, ved nedsatt trykk, i forhold til avsyringstrinnet, til å gi en gass-strøm av rent ammoniakk.

En tilsvarende fremgangsmåte er beskrevet i britisk patent . nr. 916.94 5 hvori en ammoniakkholdig væske avsyres ved for-høyet trykk i en kolonne hvor den oppstigende gass vaskes fri for ammoniakk ved hjelp av kaldt vann for derved å

gi gassformig karbondioksyd. Den gjenværende væske blir deretter ekspandert i en stripper hvori den befris for all ammoniakk og karbondioksyd. Den resulterende gassblanding vaskes med alt eller en del av ammoniakktilførselsvæsken,

før den sistnevnte avsyres til å gi i det vesentlige en ren ammoniakkstrøm.

I,henhold til britisk patent nr.. 1.129.939 absorberes en gass blanding bestående av ammoniakk og karbondioksyd, rik med hensyn til ammoniakk, i vann eller i en vandig oppløsning. Ammoniakk avdestilleres fra den erholdte vandige oppløsning ved atmosfæretrykk. Den gjenværende del av oppløsningen underkastes fraksjonert destillasjon ved et absolutt trykk mellom 5 20 kp/cm 2under oppvarming for å fjærne karb6ndioksyd.

Den sistnevnte fremgangsmåte er basert på prinsippet at for-andring av trykket for et system omfattende ammoniakk, karbondioksyd og vann gjør det mulig å separere ammoniakk ved

det lavere trykk og karbondioksyd ved det høyere trykk. I disse "trykkdifferensial"-prosesser bør systemtrykk i karbondioksydseparasjonssonen være minst den dobbelte av trykket i ammoniakkseparasjonsonen. Fortrinnsvis er forholdet mellom systemtrykkene i ammoniakkseparas jonssonen og karbondioksyd- .' separasjonssonen i området 1:5 til 1:20 hvis separasjonen skal forløpe glatt.

Imidlertid er trykkdifferensialprosessene beheftet med den ulempe at hvis ammoniakk og karbondioksyd blandingen er til- ' gjengelig ved et trykk over 1 kp/cm 2må gassen først ekspanderes til et trykk på 1 kp/cm 2. Gassformig ammoniakk vil da frigjøres med et maksimaltrykk på 1 kp/cm 2og også lavere hvis en større mengde av én annen gass er tilstede. Hvis denne ammoniakk skal underkastes en ytterligere behandling,, så som ved ureasynteseprosessen, må den komprimeres til et høyere trykk. Den nødvendige kompresjonsenergi vil være ganske betydelig. Ytterligere må karbondioksydkonsentrasjonen i ammoniakken holdes meget lavt for å unngå dannelse og av-' setning av fast ammoniumkarbamat i kompressoren og i høytrykks-rørledningene.

En alternativ fremgangsmåte som ikke krever en slik trykk-dif f erensiering er vist i offentlig tilgjengelig hollandsk patentsøknad nr. 7612163. Den deri beskrevne fremgangsmåte tillater gjenvinning av. ammoniakk og karbondioksyd separat fra slike blandinger uten at det er behov for et slikt trykk-dif f erensial , hvis den ammoniakk-og karbondioksydinneholdende|i tilførsel som føres til karbondioksydseparasjonssonen fortynnes ved tilsetning av vann i en vektmengde på 0, 2 - 6 ganger totalvekten av en slik ammoniakk-og karbondioksydinnehbldende tilførsel. For enkelhets skyld vil den sistnevnte fremgangsmåte i det følgende omtales som en "fortynningsprosess"..

I henhold til én utførelsesform av fortynningsprosessen separeres først ammoniakk i det vesentlige fritt for karbondioksyd og vann fra en blanding av ammoniakk, karbondioksyd og eventuelt vann, rik med hensyn til ammoniakk, i en ammoniakkseparas jonssone. Fra den gjenværende væskefase som føres ut av bunnen av'denne ammoniakkseparasjonssonen separeres karbondioksyd i karbondioksydseparasjonssonen, hvori den gjenværende væskefase fra ammoniakkseparasjonssonen som innføres til karbondioksydseparasjonssonen fortynnes med 0,2 - 6 ganger dets vekt med vann.

I henhold til en annen utførelsesform av fortynningsprosessen separeres først karbondioksyd i det vesentlige fritt for ammoniakk og vann i en karbondioksydseparasjonssone fra en blanding av ammoniakk, karbondioksyd og eventuelt vann, hvilken blanding er mager med hensyn til ammoniakk. Fra bunnen av denne karbondioksydseparasjonssone innføres den gjenværende væske til en desorpsjonssone hvor i det vesentlige alt ammoniakk og karbondioksyd desorberes og den erholdte gassfase innføres til ammoniakkseparasjonssonen. Ammoniakk i det - vesentlige fri for karbondioksyd og vann gjenvinnes fra deri resulterende gassfase i ammoniakkseparasjonssonen. og den gjenværende væskefase tilføres karbondioksydseparasjonssonen. Fortynningsvann tilsettes til karbondioksydseparasjonssonen i en vektmengde på 0,2 - 6 ganger vekten av den kombinerte totale vekt av den initiale blanding som skal separeres plus den gjenværende væskefase fra ammoniakkseparasjonssonen som til-føres til karbondioksydseparasjonssonen.

I henhold til en annen utførelsesform av fortynningsprosessen hvor den ammoniakk- og karbondioksydinneholdende blanding som skal separeres også inneholder betydelige mengder vann, kan

det være fordelaktig å innmate denne blanding initialt til desorpsjonssonen hvori ammoniakk og karbondioksyd desorberes og deretter, sammen med noe vann, innføre den erholdte gassblanding til ammoniakkseparasjonssonen. Ammoniakk i det vesentlige fri for karbondioksyd og vanndamp erholdes fra toppen av ammoniakkseparas jonssonen og den gjenværende væske-', fase som inneholder ammoniakk, karbondioksyd og vann innføres i karbondioksydseparasjonsonen. Fortynningsvann innføres også i karbondioksydseparasjonssonen i en vektmengde på 0,2 6 ganger.totalvekten av den gjenværende væskefase fra ammoniakkseparas jonssonen som innføres til karbondioksydseparasjonssonen. Karbondioksyd i det vesentlige fri for ammoniakk og vann erholdes fra toppen av karbondioksydseparasjonssonen og den gjenværende væskefase fra bunnen av karbondioksydseparasjonssonen innføres til desorpsjonssonen.

Både for trykkdifferensial- og fortynningsprosessen bør sammensetningen av den gjenværende væskefase fra bunnen av ammoniakkseparas j onssonen nå eller tilnærmet nå grenselinjen, eller en azeotrop blanding under de herskende betingelser, for å optimalisere separasjonen. Dette betyr at mengden ammoniakk som fremdeles er tilstede i væskefasen er betydelig, hvilket er uønsket av hensyn til energiforbruket. Denne ammoniakk-mengde innfluerer negativt på effektiviteten av separasjonen i karbondioksydseparasjonssonen til hvilken den føres, hvilket på sin side krever en betydelig ekstra energimengde i desorpsjonssonen.

Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å til-veiebringe en forbedret fremgangsmåte for separasjon av i det vesentlige ren ammoniakk og i det vesentlige -rent karbondioksyd fra blandinger derav med vann, hvilken fremgangsmåte muliggjør betydelige energiinnsparinger.

Ytterligere vil fluktureringer i tilførselen til ammoniakkseparasjonssonen innvirke sterkt på energiutnyttelsen ved separasjonen. Følgelig krever separasjonsprosessen et meget . følsomt måle- og kontrollsystem. Det er derfor en ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe.en forbedret fremgangsmåte av den ovenfor beskrevne type som i det vesentlige er ufølsom for fluktureringer i sammensetningen av innmatningen til ammoniakkseparas jonssonen .

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er særpreget

ved at så meget gassformig CC^eller en gassformig blanding inneholdende CC^innføres i bunnen av NH^-separasjonssonen at sammensetningen av væskéfasen som frigis i bunnen av NH^-separasjonssonen ikke ligger på den side av grenselinjen som • er rik på NH^.

Under henvisning til fig. 1 så bør det innføres tilstrekke--

lig karbondioksyd til å forandre den gjenværende yæskefases sammensetning fra ammoniakkseparasjonssonen fra arealet I

til en sammensetning som ligger på grenselinjen eller i arealet II.

Mengden av karbondioksyd som er nødvendig for å oppnå dette ligger generelt i området 0,01 - 0,2, fortrinnsvis i området 0,0 2 - 0,1 ganger vekten av mengden av gjenværende væskefase som fjernes fra ammoniakkseparasjonssonen, hvoretter væskéfasen deretter innføres i karbondioksydseparasjonssonen. Totalmengden av en slik karbondioksydinneholdende gassfase

som innføres i bunnen av ammoniakkseparasjonssonen vil blant annet være avhengig av den ønskede effekt. Imidlertid kan mengden av karbondioksyd som innføres ha en øvre grense som er definert av det punkt hvor fast ammoniumkarbamat eller andre faste bestanddeler begynner å avsette seg i kolonnen og i rørledningene, hvilket vil skje hvis for meget karbondioksyd anvendes.

Når den utføres i forbindelse med foreliggende fremgangsmåte vil energiforbruket for de kjente separasjonsprosesser bli klårt lavere og effektiviteten av separasjonen blir praktisk talt ufølsom for fluktueringer i sammensetningen av innmatningen til ammoniakkseparasjonssonen. Ytterligere vil den forbedrede fremgangsmåte resultere i en nedsettelse av væske-strømmengdene som må resirkuleres gjennom de forskjellige separasjonssoner.

Fortrinnsvis erholdes denne karbondioksydinneholdende.gassfase ved anvendelse av en del av karbondioksydavgass fra kar-bondioksydseparas jonssonen . Imidlertid kan det anvendes en. gassmengde inneholdende karbondioksyd og ammoniakk. I dette tilfelle er det nødvendig at karbondioksyd til ammoniakkforholdet i en slik gassblanding er større enn karbondioksyd til ammoniakkforholdet i gassfase i likevekt med den gjenværende væskefase erholdt fra bunnen av ammoniakkseparasjonssonen. Hvis dette ikke er tilfelle vil det ikke være mulig å overskride grenselinjen.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen så.inneholder den karbondioksydinneholdende gassfase, i tillegg til karbondioksyd, en mengde av en inert gass, fortrinnsvis luft eller nitrogen. Vektforholdet karbondioksyd til inert gass ligger fortrinnsvis i området mellom 30:70 og 70:30.

Innføring av en inert gass i en større mengde enn den som normalt innføres med gasser som anvendes for å passivere (så som luft eller oksygen) de rustfrie stålmaterialer byr på

den fordel at tilstedeværelse av en slik inert gass har en tendens til å redusere mengden av ammoniakk som forblir i den gjenværende væskefase som fjernes fra ammoniakkseparasjonssonen. Som bemerket ovenfor vil dette føre.til en fordelaktig reduksjon i energiforbruket, særlig i desorpsjons-trinnet.

En ytterligere fordel av tilstedeværelsen av ytterligere mengder . inert gass er at bunntemperaturen i ammoniakk-kolonnen senkes, hvilket tillater en mere økonomisk anvendelse av varmeinnholdet i de forskjellige væsker og gass-strømmer erholdt under separasjonene.

En tredje fordel er at gass til væskeforholdet er mere gunstig med den følge at separasjonseffektiviteten forbedres. Med en slik forbedret separasjonseffektivetet blir enten den totale mengde av blanding som kan separeres forøket eller kolonnene som anvendes for separasjonen kan ha redusert størrelse. Ytterligere er avhengigheten av energiforbruket som er nød-vendig for separasjonene av den eksakte sammensetning av væsken, som fjærnes fra bunnen av ammoniakkseparasjonssonen vesentlig nedsatt.

Fortrinnsvis vil trykkene i de forskjellige separasjonssoner være mellom 50 og 5 000 kPa. Et trykk over 1 800 kPa eller mere, avhengig av temperaturen av det tilgjengelige kjølevann, om-talt i det etterfølgende, i ammoniakkseparasjonssonen byr på en fordel ved at den separerte ammoniakk lett kan forvæskes. og avkjøles billig med kjølevann. I en prosess av fortynnings-typen kan systemtrykket i karbondioksydseparasjonen være det samme som i ammoniakkseparasjonssonen, men det kan også være høyere. Imidlertid er det foretrukket at systemtrykket i karbondioksydseparasjonssonen og desorpsjonssonen ikke er større enn to ganger systemtrykket i ammoniakkseparasjonssonen.

Temperaturene som bibeholdes i de forskjellige separasjonssoner er avhengig av trykkene, sammensetningen av tilførselen'og den ønskede renhet av produktene som skal separeres. I fortynningsprosessen vil disse temperaturer, når det anvendes rektifiseringskolonner i separasjonssonene, generelt ligge innen de grenser som er angitt i den etterfølgende tabell:

Temperaturene i desorpsjonssonen er også bestemt av trykkene, sammensetningen av innmatningen til sonen og renhetskravene

i

(mengder av ammoniakk og karbondioksyd) for desorpsjonsvannet som fjernes fra bunnen av denne sone. Generelt er disse temperaturer valgt til å være høyere enn kokepunktet for væskéfasen som skal desorberes ved det anvendte trykk.

Når. fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes i forbindelse med en prosess av trykkdifferensialtypen bør systemtrykket i karbondioksydseparasjonssonen være minst to ganger systemtrykket i ammoniakkseparasjonssonen. Imidlertid for at separasjonen skal forløpe glatt er det foretrukket at forholdet mellom systemtrykket i karbondioksydseparasjonssonen til systemtrykk i ammoniakkseparasjonssonen ligger i området mellom 1:5 og 1:20. Temperaturene bibeholdt i de forskjellige separasjonssoner er igjen avhengig av det valgte trykk, sammensetningen av innmatningen og renheten som er krevet for de produkter som skal separeres.

Det kan også være fordelaktig når det anvendes en prosess av trykkdifferensialtypen å innmate noe fortynningsvann til kar-bondioksydseparas jonssonen for å fremme separasjonen. I et slikt tilfelle vil mengden av fortynningsvann som tilsettes være avhengig av mange faktorer innbefattende trykkdifferen-sialer som anvendes mellom karbondioksyd- og ammoniakksep.ara-sjonssonene, samt sammensetningen av de forskjellige ihnmat-ninger.

Med betegnelsen "i det vesentlige ren" menes at hoveddelen av gassen eller væsken som separeres i en nærmere angitt sone består av en bestanddel, dvs. NH^eller CC>2 •

Fortrinnsvis inneholder separert NH^ ikke mere enn 500 vekt ppm C02og mengden av vann er ikke større enn 7 500 vekt ppm og særlig ikke mere enn henholdsvis 100 vekt ppm og 2 000 vekt ppm.

i.

I separert CO,2 ,.'er innholdet av NH3ikke større enn 500 vekt ppm og mere spesielt ikke mere enn 100 vekt ppm. Mengden av vann er ikke av betydning men fra et økonomisk synspunkt bør den ikke overstige 20 000 vekt ppm og mere spesielt ikke mere enn 2 000 vekt ppm.

Valget av hvilket separasjonstrinn som blandingen, som skal separeres, først innmates i er blant annet avhengig av blan-dingens sammensetning. Således hvis den er rik med hensyn til ammoniakk (i området I på fig. 1), er det mest fordelaktig å innføre den i ammoniakkseparasjonstrinnet.

På den annen side hvis den er mager med hensyn til ammoniakk (på grenselinjen III eller i området II på fig. 1), er det

mest fordelaktig å innføre blandingen først i karbondioksyd-separas jonstrinnet . Ytterligere hvis. blandingen som skal separeres er rik med hensyn til ammoniakk og også inneholder en betydelig mengde vann kan det være fordelaktig først å underkaste blandingen et desorpsjonstrinn.

Ammoniakk-og :karbondioksydsonene kan bestå av' en hvilken som helst apparattype som er egnet for separering av gassformige og væskebestanddelene i henhold, til oppfinnelsen, innbefattende men ikke begrenset til rektifiserings, des tillasjons-

og vaskekolonner. Imidlertid.er rektifiseringskolonner eller kolonner forsynt med rektifiseringssoner mest egnet for.anvendelse ved den forbedrede fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser et diagram for det ovenfor omtalte NH^/COp/f^O-system'ved konstant trykk. Fig. 2 viser et diagram over prosessen ifølge oppfinnelsen anvendt i forbindelse med en fortynningsprosess hvori NH^- og

.CG-2~ separasjonssonene arbeider ved nesten det samme trykk.

Fig. 3 viser et diagram over en tilsvarende prosess hvor separasjonene utføres ved forskjellige trykk.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig.

2 hvori karbondioksydtilsetning anvendes i en fortynnings- I'

prosess hvor ammoniakk og karbondioksydseparasjonssonene arbeider ved i det vesentlige samme trykk. I fig. 2 omfatter ammoniakkseparasjonssonen en NH^-rektifiseringskolonne 3 og

karbondioksydseparasjonssonen en .C02~rektifiseringskolonne 18 og desorpsjonssonen av en desorpsjonsanordning 10.

En blanding av NH^, C02og H20 innmates til en NH-^-rektifi-seringskolonne 3 via kanalen 1 og pumpen 2. Gjennom kanalen 31 innføres C02~inneholdende gass til bunnen av den NH^-rektifiserende kolonne 3. NH^utføres fra toppen av kolonnen 3 gjennom kanalen 4. Denne ammoniakk kan kondenseres ved (dyp-) kjøling i en kondenser 5. En ikke-kondensert gassblanding av NH^ og inert gass avgår fra kondenseren. Denne, inerte gass kommer fra luft innført til apparaturen for å passivere materialene som anvendes i karene og kanalene for å redusere korrosjon til et akseptabelt nivå. Naturligvis kan oksygen eller en oksygenfrigjørende bestanddel anvendes,

for dette formål i stedet for luft. I en utførelsesform av oppfinnelsen vil' luftmengden som innføres langt overstige den mengde som er nødvendig for å. holde materialene i en passivert tilstand. I denne utførelsesform vil luften hjelpe til å forbedre effektiviteten av separasjonen. En del av luften innmates til NH^-rektifiseringskolonneh 3 via, kompressoren 6 og kanalene 7 og 8 og en del til desorpsjonsanordningen 10-via kanalen 9. Gassblandingen fra kondenseren 5 befris for

NH^i vaskeanordningen 11 ved vasking med vann som tilføres gjennom kanalen 32, og en mengde av absorpsjonsvarmen fjernes ved å avkjøle en del av den erholdte vandige NH^-oppløsning. som utføres via pumpen 12 i en resirkulasjonskjøler 13 og fører oppløsningen til vaskeanordningen 11 gjennom kanalen 14. Den erholdte oppløsning returneres deretter til NH3~rektifiseringskolonnen 3 via kanalen 15.

Den inerte gass utføres via kanalen 16 og- innmates til bunnen av C02~rektifiseringkolonnen 18 via kanalen 17. Om ønsket kan den også utluftes fullstendig eller delvis gjennom kanalen 19. En del av ammoniakken kondensert i kondenseren 5 føres tilbake gjennom kanalen 20 til NH3~rektifiseringkolonnen for anvendelse som tilbakeløp. En oppløsning av NH^ og C02

i vann utføres fra bunnen av NH3~rektifiseringskolonnen 3 .

via kanalen 21..1

Denne oppløsning føres til CG^-rektifiseringskolonnen 18 som arbeider ved i det vesentlige det samme trykk som NH^-rektifiseringskolonnen 3. En mengde fortynningsvann innføres i

kolonnen 18 ved hjelp av rørledningen 25. Bunnproduktet i desorpsjonsanordningen 10 fjernes ved hjelp av pumpen 22 og kanalen 23. For å oppnå en bedre varmefordeling for desorpsjonsvannet først avgir en del av sin varme i bunnen av CO,,-rektifiseringkolonnen 18. Den gjenværende varme nødvendig for rektifisering tilføres ved hjelp av varmespiraler 24 og

eksempelvis ved hjelp av damp. Væskéstrømmen fra kanalen

23 føres til avløp selv om en del av væsken kan anvendes som fortynningsvann. En ytterligere mengde vaskevann innmates til kolonnen 18 via kanalen 26 for å fjerne NH^ så fullstendig som mulig fra karbondioksydet. En gass bestående av C02 og eventuell inert gass og som i det vesentlige er béfriet for NH^utføres fra toppen av kolonnen 18 gjennom kanalen .27. Bunnproduktet eller gjenværende væskefase fra kolonnen 18 er en fortynnet oppløsning av NH^ og C02i vann føres gjennom kanalen 28 til desorpsjonsanordningen 10. I det vesentlige alt NH^og C02fjernes i denne ved oppvarming, eksempelvis med damp i varme-spiraiene 29. Det resulterende desorpsjonsvann ér i det vesentlige fritt for NH^ og C02og utføres gjennom kanalen 23. Gassblandingen av NH^, C02og H20. dannet i desorpsjonsanordningen 10 føres til NH^-rektifiseringskolonnen 3 gjennom kanalen 30. I den ovenfor beskrevne utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte ble det anvendt en blanding av NH^, C02og H20 med en sammensetning som ligger i området

rikt på NH-j. Hvis sammensetningen av denne utgangsblanding var mager med hensyn til NH^ville strømmen blitt innmatet først i CO-j-rektif iseringskolonnen 18 .

En annen foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er vist

i fig. 3 hvori C02-rektifiseringen utføres ved et trykk høyere enn det for NH^-rektifiseringen.

Diagrammet er i det vesentlige det samme som for fig. 2 og

I

henvisningstailene har de samme betydninger. Forskjellen ligger i at henholdsvis en kompressor A og en pumpe B installert i kanalene 17 og 21 for å øke trykket av henholdsvis gass-strømmen og væskestrømmen. Ytterligere omfatter kanalen 30 en reduksjonsventil C gjennom hvilken en del av den gassformige blanding fra desorpsjonsanordningen 10 trykk-reduseres. Desorpsjonskolonnen 10 arbeider i det vesentlige ved det samme systemtrykk som for CC^-rektifiseringen. Kanalen 18 omfatter ytterligere en reduksjonsventil D som anvendes for å senke trykket i en del av innmatet luft.

En tredje utførelsesform av oppfinnelsen hvori det anvendes trykkdifferensialprosessen kan, også utføres i apparatet vist i fig. 3.1 dette tilfelle vil trykket ved hvilken CC^-separasjonen utføres være minst 2 ganger, men fortrinnsvis 5 ganger så høyt som trykket ved hvilken NH^-separasjonen utføres.. I dette tilfelle er det ikke nødvendig å tilsette noe fortyn-n.ingsmiddel til CG^-separasjonssonen, slik som tilfelle er for en prosess av fortynningsprosessen.

Oppfinnelsen skal ytterligere beskrives ved hjelp av de føl-gende eksempler..

EKSEMPEL 1

1 det vesentlige rent NH^og i det vesentlige rent CO^ble separert fra en blanding av NH^., C02og H20 i en installa-sjon vist i fig. 3.

Referansetallene i fig. 3 er beskrevet under henvisning til fig. 2 og de angitte prosenter er vekt-%. De nevnte trykk henføres til NH3/C02/H20-systemtrykket. De aktuelle trykk kan være noe høyere som følge av tilstedeværelsen av inert gass.

■Ved et trykk på 1 800 kPa ble 56 48 9 kg/h av en oppløsning, av NH3og CC>2 i vann, bestående av 3 2,8 % NH3, 18,3 % CC>2 og 48,9 % vann, innført i NH3-rektifiseringskolonnen 3. 635 kg/h luft ble innført ved hjelp av kompressoren 6, 248 kg/h innført i NH3~rektifiseringskolonnen og 387 kg/h til desorpsjonsanordningen 10. Ved hjelp av rørledningen 31, ble 2 000 kg/h CQ2innført i NH3~rektifiseringskolonnen 3.

27 026 kg/h av en gassblanding bestående av 58,2 % NH3, 14,1 % C02, 27,7 % H20 og 1,5 % inert gass utført fra desorpsjonsanordningen 10 ble ekspandert via ventilen C og deretter innført i NH3-rektifiseringskolonnen 3. 38 180 kg/h av en gassblanding bestående av 98 % NH3, 0,3 % H20*og 1,7 % inert gass ble utført fra toppen av kolonnen 3. En del av denne gassblanding kondenseres ved avkjøling i kondenseren'5 hvor-fra 17 824 kg/h flytende ammoniakk returneres til kolonnen 3 som tilbakeløp og 18 528 kg/h flytende NH3føres til avløp. 2 464 kg/h av en gassblanding bestående av 74,2 % NH3og 25,8 % inert gass utføres fra kondenseren 5. Denne blanding vaskes i vaskeanordningen 11 med 2 200 kg/h vann. Varme gjenvinnes fra vaskeanordningen 11 via resirkuleringskonden-seren 13. 4 029 kg/h av en oppløsning bestående av 4 5,4 % NH3 og 54,6 % H20 returneres til NH3~rektifiseringskolonnen pr. time. 635 kg/h inert gass føres gjennom kanalene 16 og 17 og kompressoren A til C02~rektifiseringskolonnen 18.. 69 180 kg/h av en væske bestående av 22,7 % NH3, 23,4 % CC>2

og 53,9 % H20 føres fra bunnen av NH^-rektifiseringskolonnen' via kanalen 21 og pumpen B til CO^-rektifiseringskolonnen 18. Til kolonnen 18 innmates 34 079 kg/h vann via kanalen 25 og kanalen 26.

En gassformig blanding av 12 337 kg/h utføres fra toppen av CO^rektifiseringskolonnen 18 og består blant annet av 93,2 % CC>2 og inneholder mindre enn 100 ppm NH^. 90 913 kg/h av én oppløsning av 78,5 % H20, 17,3 % NH3og 4,2 % C02føres fra bunnen av kolonnen 18 til desorpsjonsanordningen 10. Sammensetningen av denne væske ligger på den side av grenselinjen som er rik på C02.

I desorpsjonsanordningen 10 blir oppløsningen fullstendig

befriet for NH^og C02ved hjelp av damp. En totalmengde på 63 892 kg/h væske utføres fra desorpsjonsanordning, hvilken

væske eksempelvis kan anvendes for absorpsjon av NH^ og CO^eller delvis somfortynningsvann i C02~separasjonssonen.

EKSEMPEL 2

1 det vesentlige rent NH^ og i det vesentlige rent C02ble

separert fra en blanding av NH^, C02og H20 i en installa^-sjon bygget opp som angitt i fig. 3, hvori C02 så vel som luft' ble innført i NH^-rektifiseringskolonnen. Henvisningstallene vedrører fig. 3 og alle prosenter er vekt-%.

Ved et trykk på 1 800 kPa ble 51 972 kg/h av en oppløsning

av NH3 og CC>2 i vann bestående av 33,4 % NH3, 18,2 % CC>2og

.48,4 % vann innført i NH3~rektifiseringskolonnen 3. 2 387 kg/h innføres i prosessen ved hjelp av kompressoren 6, idet 2 000 kg/h innføres til NH3~rektifiseringskolonnen 3 og 387

kg/h til desorpsjonsanordningen 10. Via rørledningen 31 inn-føres 2 000 kg/h CO^til NH3-rektifiseringskolonnen 3.

t

22 928 kg/h av en gassblanding bestående.av 57,7 % NH3, 16,0 % C02, 26,3 % H20 og 1,5 % inert gass fra desorpsjonsanordningen 10 ekspanderes via ventilen C og innføres også til NH3-rekti-, fiseringskolonnen 3. 32 415 kg/h av en gassblanding bestående ay 98,0 % NH^, 0,3 % H20 og 1,7 % inert gass utføres fra toppen av denne kolonne. En del av denne gassblanding kondenseres ved avkjøling i. kondenseren 5, fra hvilken 15 057 kg/h flytende ammoniakk returneres til kolonnen 3 som tilbakeløp og 17 358 kg/h flytende NH^føres ut. 9 252 kg/h av den gjenværende ikke-kondenserte gassblanding bestående av 74,2 % NH^ og 25,8 % inert gass føres ut av kondenseren 5. Denne gjenværende blanding vaskes i vaskeanordningen 11 via resirkula-sjonskondenseren 13. 3 829 kg/h av en oppløsning bestående av 82,0 % NH3. og 18,0 %H20 returneres til NH3~rektifiseringskolonnen pr. time. 635 kg/h inert gass føres gjennom lederen 17 og kompressoren A til C02~rektifiseringskolonnen 18. 62 042 kg/h av en restvæskefase bestående av 22,3 % NH3,

24,6 % C02 og 53,1 % H20 føres fra bunnen av NH3-rektifiseringskolonnen 3 via kanalen 21 og pumpen B til C02-rektifiseringskolonnen 18.

Til kolonnen 18 innføres også via kanalen 25 og kanalen 26

20 486 kg/h vann. 11 482 kg/h av en gassblanding unnviker

fra toppen av C02~rektifiseringskolonnen 18, denne gass består blant annet av 93,2 % C02og inneholder mindre enn 100 ppm NH3. 79 817 kg/h av en oppløsning bestående av 77,9 % H20, 17,3 % NH3og 4,8 % C02føres fra bunnen av kolonnen 18 til desorpsjonsanordningen 10. Blandingen av denne væske ligger på den side av grenselinjen som er rik. med hensyn til<co>2<.>

En totalmengde på 55 889 kg/h væske utføres fra desorpsjonsanordningen og denne væske kan eksempelvis anvendes for absorpsjon av NH3 og C02 eller delvis anvendes som fortynningsvann i C02~separasjonssonen. I desorpsjonsanordningen 10 befries oppløsningen i det vesentlige fullstendig for NHy og CO2ved hjelp av damp. c !

EKSEMPEL 3

I det vesentlige rent NH^og CO^ble separert fra blandinger derav under anvendelse av fremgangsmåten vist i fig. 3, men hvor overskridelse av grenselinjen ikke ble utført ved hjelp av vanntilsetning til CC^-kolonnen, men i stedet ved et trykkdifferensial mellom ammoniakkseparasjonssonen og karbondiok-sydseparas jonssonen . NH^-kolonnen ble således drevet ved et trykk på 100 - 500 kPa og CG^-kolonnen ble drevet ved et trykk pål 500 - 3 000 kPa.

Resultater sammenlignbare med de ovenfor gitte ble erholdt på denne måte.

EKSEMPLENE 4, 5 OG SAMMENLIGMINGSEKSEMPEL 6

Eksemplene 4 og 6 ble utført i det vesentlige på samme måte., som eksempel 1 og 2 og den nødvendige energi ble bestemt. Denne energimengde ble sammenlignet med den for en prosess (eksempel 6) hvori det ikke ble tilsatt noe C02til C02~kolonnen men kun den mengde luft som var nødvendig for å holde materialene i en passivert tilstand. Hvis energiforbruket ved.fremgangsmåten ifølge eksempel 6 settes til 100 % så var de erholdte resultater som følger:

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved separasjon av i det vesentlige rent NH^ og i det vesentlige rent CC^ fra en blanding inneholdende NH^ , CC>2 og vann, hvor NH^ separeres ved rektifi sering i en NH^ -separasjonssone og den gjenværende væskefase innmates til en CC^-separasjonssone hvor gassformig CG^ separeres ved rektifisering og den resulterende væskefase utmates fra bunnen av denne sone.til en desorpsjonssone hvori det vesentlige alt NH^ og C02 tilbake i denne væskefase separeres som en gassblanding, karakterisert ved at så meget gassformig CG^ eller gassformig blanding inneholdende CO2 innmates til bunnen av NH^-separasjonssonen at sammensetningen av væskéfasen som frigjøres fra bunnen av NH^-separasjonssonen'ikke ligger på den side av grenselinjen rik på NH^ .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en del av den gassformige CO;; fra CC^ -separasjonssonen innføres i bunnen av NH^ -separasjonssonen.

3.. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vektmengden av gassformig CO2 eller gassformig blanding inneholdende CO2 holdes i området 0,2 0,01 ganger mengden av væskéfasen som frigjøres fra bunnen av NH^-separasjonssonen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, kar akte ri-, sert ved at vektmengden av gassen holdes i området 0,1 - 0,02 ganger mengden av væskéfasen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert v ;é d at en ytterligere mengde inert gass inn-føres i bunnen av C02 -separasjonssonen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at de relative vektmengder av CO2 og inert gass holdes i området 30:7 0 og.70:30.