Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania amoniaku zasadniczo pozbawionego dwutlenku wegla i wody oraz dwutlenku wegla zasadniczo wolnego od amoniaku i wody z mieszanin zawie¬ rajacych glównie amoniak i dwutlenek wegla po¬ legajacy na tym, ze w strefie oddzielania amonia¬ ku, oddziela sie gazowy amoniak zasadniczo po¬ zbawiony dwutlenku wegla i wody, a otrzymana pozostala faze ciekla zawierajaca amoniak, dwu¬ tlenek wegla i wode usuwa sie z tej strefy i wpro¬ wadza sie do strefy wydzielania dwutlenku wegla, w której oddziela sie gazowy dwutlenek wegla za¬ sadniczo pozbawiony amoniaku i wody, po czym usuwa sie z niej pozostala faze ciekla zawierajaca a/moniak, dwutlenek wegla i wode.W niektórych procesach chemicznych jako pro¬ dukty uboczne otrzymuje sie mieszaniny zawiera¬ jace amoniak, dwutlenek wegla i czasami równiej wode. Na przyklad, przy syntezie meflaiminy z mo¬ cznika uzyskuje sie mieszanine gazowa zawiera¬ jaca oprócz melaminy równiez amoniak i dwu¬ tlenek wegla w ilosci co najmniej 1,7 tony na 1 tone melaminy. Takie mieszaniny otrzymuje sie takze przy wytwarzaniu mocznika z amoniaku i dwutlenku wegla, podczas rozkladu kar.baminia- nu amonowego stanowiacego produkt uibocziny, po jego oddzieleniu od mocznika. W cedu efektywne¬ go zuzytkowania tego amoniaku i dwutlenku we¬ gla, ,po oddzieleniu ich od melaminy lub moczni¬ ka, na przyklad przez zawrócenie do syntezy mo¬ lo 05 20 25 2 cznika, konieczne jest w wiekszosci przypadków sprezenie gazów do wysokiego cisnienia. Spreza¬ nie takich • mieszanin wymaga stosowania specjal¬ nych srodków zapobiegajacych skraplaniu sie amo¬ niaku i dwutlenku wegla i odkladaniu sie powsta¬ jacego z nich stalego karbaminianu amonowego.Z tego wzgledu takie mieszaniny gazowe zwykle pochlania sie w wodzie lub roztworze wodnym, takim jak roztwór karbaminianu amonowego, któ¬ ry mozna pompowac do reaktora do syntezy mocz¬ nika, czasami zatezany przez desorpcje i ponow¬ nie uzywany do absorpcji pod zwiekszonym cis¬ nieniem. Wada tego sposolbu jest niekorzystny wplyw wody na reakcje syntezy mocznika. Wode wprowadza sie do reaktora wraz z amoniakiem i dwutlenkiem wegla.W celu unikniecia tworzenia i odkladania, sie karbaminianu amonowego zaproponowano od¬ dzielne wyodrebnianie amoniaku i dwutlenku we¬ gla z mieszanin stanowiacych produkty uboczne i oddzielne zawracanie ich do procesu. Dwuskla¬ dnikowy uklad amoniak — dwutlenek wegla two¬ rzy jednak najwyzej wrzacy azeotrop przy stosun¬ ku molowym amoniak/dwutlenek wegla wynosza¬ cym okolo 2:1, wskutek czego nie moze on byc roz¬ dzielony przez zwykla destylacje. Zjawisko to wy¬ stepuje równiez w ukladzie trójskladnikowym, amo- niak-dwutlenek wegla-woda. Stosowany w niniej¬ szym opisie termin azeotrop odnosi &ie wiec takze do tego ukladu trójskladnikowego. Pojecie ,,'boga- 114 967114 967 3 ... ¦.'¦ j ' . f._-v 4 ty" stosowane w odniesieniu do takiej mieszaniny dwu- hub trójskladnikowej w odniesieniu do amo¬ niaki) oznacza, ze w trakcie ogrzewania miesza¬ niny „(bogatej" w amoniak uwalnia sie z niej za¬ sadniczo czysty amoniak, az pozostala mieszainina osiaga sklad odpowiadajacy linii granicznej, zde¬ finiowanej w dalszej czesci opisu. Pojecie „ubogi" w odniesieniu do amoniaku oznacza, ze mieszani¬ na nie jest „bogata" w amoniak.Figura 1 na rysunku przedstawia trójskladniko¬ wy uklad aimoniaJk-dwutlenek wegla-woda pod sta¬ lymi cisnieniem na wykresie trójkatnym. Uklad po¬ dzielony jest na dwa ; obszary linia III nazywaja tu „linia graniczna" reprezentujaca sklad mieszani¬ ny azeotropowej pod stalym cisnieniem przy róz¬ nych stezeniach wody. Tej linii granicznej nie mozna przekroczyc poslugujac sie normalnymi spo¬ sobami destylacji lufo rektyfikacji.Tak wiec, przy rektyfikacji cieklej mieszaniny bogatej w amoniak, tzn. znajdujacej sie w obsza¬ rze I na fig. 1, gazowy amoniak uwalnia sie az sklad cieczy osiagnie linie graniczna. Jesli nato¬ miast rektyfikuje sie mieszanine bogata w dwu¬ tlenek wegla, znajdujaca sie w obszarze H na fig. 1, uwalnia sie z niej gazowy dwutlenek wegla az sklad cieczy osiagnie linie graniczna. Kiedy sklad cieklej mieszaniny odpowiada linii granicznej, dal¬ sza rektyfikacja lub destylacja pod stalym- cisnie¬ niem daje gazowa mieszanine wszystkich skladni¬ ków, a sklad pozostalej mieszaniny cieklej nie opuszcza linii granicznej. Patrz równiez P. J. C.Kaasenbrood, Chemical Reaction Engincering, Pro- ceedings of the Fourth European Symposium, Sept. 9—^11, 1968, Pergamon Press {1971), strony 317—0(28.Zaproponowano rózne sposoby w celu unikniec cia trudnosci zwiazanych z tworzeniem sie azeo- tropu i rozdzielenia mieszanin amomak*-dwutlenek wegla na poszczególne skladniki. Na przyklad, z holenderskiego zgloszenia patentowego nr 143063 znany jest sposób wedlug którego amoniak absor¬ buje sie w wodnym roztworze soli amonowej moc¬ nego kwasu, takiej jak azotan amonowy, pod zwie¬ kszonym cisnieniem. Selektywna absorpcje dwu¬ tlenku wegla przez wymywanie mieszaniny gazo¬ wej 'wodnym roztworem alkanoloamimy, takiej jak monoetanoloamina, opisano w niemieckim opisie patentowym nr 66&314. Wszystkie znane sposoby maja te wade, ze zaabsorbowany skladnik trzeba potem usunac z absorbenta i oczyscic.Zaproponowano rjonadto oddzielanie amoniaku i dwutlenku wegla z mieszanin amoniaku, dwu¬ tlenku wegla i wody przez oddestylowanie wiek¬ szosci amoniaku w pierwszym etapie, a potem oddestylowanie dwutlenku wegla w drugim etapie realizowanym pod wyzszym cisnieniem ukladu.Stosowany tu termin „cisnienie ukladu" oznacza sume cisnien czastkowych amoniaku, dwutlen¬ ku wegla i wody. Sposoby tego rodzaju znane sa 2 opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 311I2H77 i 4060591 oraz brytyjskich Opisów patentowych nr 910945 i 11299139.W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3112177 przedstawiono sposób, w któ¬ rym w pierwszym etapie, realizowanym przy cis¬ nieniu ukladu wynoszacym 100—500 kPa, gazowy dwutlenek wegla wydziela sie z mieszaniny amo¬ niaku, dwutlenku wegla i wody ubogiej w amo¬ niak. Nastepnie pozostala ciecz odpedza sie, na przyklad,' metanem- pod' calkowitym cisnieniem wynoszacym 100 kPa, Oznacza to obnizenie cisnie¬ nia ukladu i ucieczke amoniaku oraz czesci dwu¬ tlenku wegla z mieszaniny, a wiec uzyskanie mie¬ szaniny metanu, amoniaku i dwutlenku wegla' o sumarycznym cisnieniu 100 kPa. W* celu usuniecia sladów dwutlenku wegla znajdujacego .sie. w mie¬ szaninie gazowej skrapla sie czesc tej mieszaniny powodujac absorpcje dwutlenku wegla w cieklym, amoniaku.Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4060591 znany jest -sposób wyodreb¬ niania amoniaku z wodnych mieszanin zawieraja¬ cych równiez C02 i H/), wedlug'którego najpierw odkwasza sie mieszanine przez odpedzenie C02 pod zwiekszonym cisnieniem. Z pozostalej cieczy odpedza sie potem caly NH8, G02 i fi/5, po czym otrzymana mieszanine gazowa oczyszcza sie lub odpedza pod cisnieniem zmniejszonym w stosun¬ ku do etapu odkwaszania, w celu otrzymania gazo¬ wego strumienia czystego amoniaku. , Podobny sposób przedstawiono w brytyjskim opisie .patentowym nr 916945, wedlug którego ga- - zowa mieszanine amoniaku i dwutlenku wegla, bogata w amoniak, absorbuje sie w wodzie lub w roztworze wodnym. Amoniak oddestylowuje sie z otrzymanego tak roztworu wodnego pod cisnie¬ niem atmosferycznym. Pozostaly roztwór poddaje sie destylacji frakcyjnej pod cisnieniem 500— 1000 kPa w celu usuniecia dwutlenku wegla.W tym ostatnim sposobie wykorzystuje sie za¬ sade, wedlug której zmiana cisnienia ukladu amo- niak-dwutlenek wegla-woda umozliwia wydziele¬ nie amoniaku pod zmniejszonym cisnieniem, a dwutlenek wegla pod zwiekszonym| cisnieniem. W sposobach opartych na „róznicach cisnienia" cis¬ nienie ukladu w strefie wydzielania dwutlenku wegla powinna byc co najmniej dwukrotnie wyz- ' sze od tegoz cisnienia w strefie wydzielania amo¬ niaku. Stosunek cisnienia ukladu w strefach wyo-1 drebniania amoniaku i dwutlenku wegla powinien wynosic korzystnie, od okolo 1:5 do 1:20, jezeli rozdzielanie ma zachodzic harmonijnie.Sposoby oparte na róznicach cisnienia maja je¬ dnak te wade, ze w .przypadku mieszanin amo¬ niaku i dwutlenku wegla o cisnieniu powyzej 100 kPa najpierw trzeba je rozprezyc do 100 kPa.Nastepnie uwalnia sie gazowy amoniak w cisnie¬ niu 100 kPa, lub nawet mniej, jezeli obecne sa duze ilosci innego gatzu. W razie dalszej przeróbki tego amoniaku, na przyklad uzycia go do syntezy mocznika, trzeba go sprezyc do wyzszego cisnienia* Energia niezbedna do tego sprezania jest dosc du¬ za. PonadtOp konieczne jest utrzymywanie niezwy¬ kle niskiego stezenia dwutlenku wegla w amonia¬ ku, aby uniknac tworzenia i odkladania stalego karbaminianu amonowego w sprezarce i w prze¬ wodach wysokocisnieniowych.Alternatywny sposób nie wymagajacy róznico¬ wania cisnienia opisano w holenderskim zglosze-* niu patentowym nr 761(21163. Slposób ten Umozliwia M 15 20 25 30 35 40 45 50 55 «05 114 967 6 odzyskiwanie amoniaku i dwutlenku wegla z ta¬ kich mieszanin oddzielnie, bez potrzeby róznicowa¬ nia cisnienia, jezeli zawierajacy amoniak i dwu¬ tlenek wegla surowiec dostarczony do strefy wy¬ dzielania dwutlenku wegla rozciencza sie woda w ilosci wynoszacej 0,2—6 w stosunku wagowym do ilosci surowca zawierajacego amoniaJk i dwutlenek wegla. Dla uproszczenia sposób ten bedzie nazy¬ wany „procesem rozcienczania".Wedlug jednego z procesów prowadzonych we¬ dlug tego sposobu z bogatej w amoniak miesza¬ niny amoniaku, dwutlenku wegla i ewentualnie wody najpierw wydziela sie w strefie wyodrebnia¬ nia amoniaku, amoniak zasadniczo pozbawiony dwutlenku wegla i wody. Z resztkowej fazy ciek¬ lej odplywajacej ze strefy wyodrebniania amonia¬ ku dolem wydziela sie, w strefie wyodrebniania dwutlenku wegla, dwutlenek wegila rozcienczajac te resztkowa faze wodna, przed wprowadzeniem do strefy wyodrebniania dwutlenku wegla, woda w ilosci 0,2^6 w stosunku wagowym do ilesci tej fazy wodnej.Wedlug innego sposobu realizacji- „procesu roz¬ cienczania" z ufcogiej w amoniak mieszaniny amo¬ niaku, dwutlenku wegla i ewentualnie wody naj¬ pierw wydziela sie dwutlenek wegla w stref;e wyodrebniania dwutlenku wegla zasadniczo pozba¬ wiony amoniaku i wody. Dolem z tej strefy wy¬ odrebniania dwutlenku wegla odplywa resztkowa faza ciekla, wprowadzana do strefy desorpcji, .gdzie desorbuja sie, praktycznie w calosci amo¬ niak i dwutlenek wegla, a tak otrzymana faze ga¬ zowa wprowadza sie do strefy wyodrebniania amo¬ niaku. W strefie wyodrebniania amoniaku z tej fazy gazowej wydziela sie amoniak zasadniczo pozbawiony dwutlenku wegla i wody, zas otrzy¬ mana w tej strefie reszlkowa faze ciekla podaje sie do strefy wyodrebnianda dwutlenku wegla. Do tej strefy dodaje sie wode rozcienczajaca w ilosci 0,12—6 w stosunku wagowym do lacznej ilosci po¬ czatkowej mieszaniny poddawanej rozdzielani*! i resztkowej cieklej fazy pochodzacej ze strefy wyodrebniania amoniaku i kierowanej do strefy wyodrebniania dwutlenku wegla.Wedlug jeszcze innego sposobu realizacji „pro¬ cesu rozcienczania" zastosowanego do rozdzielania mieszanin amoniaku i dwutlenku wegla zawiera¬ jacych stosunkowo duze ilosci wody korzystne mo¬ ze byc najpierw wprowadzenie tej mieszaniny do strefy desorpcji, w której desorbuje sie amoniak i dwutlenek wegla, po czym wprowadza sie wraz z niewielkimi ilosciami pary wodnej do strefy wy¬ odrebniania amoniaku. Góra ze strefy wyodreb¬ niania amoniaku odprowadza sie amoniak zasad¬ niczo pozbawiony dwutlenku wegla i wody, a po¬ zostala, resztkowa faze ciekla, zawierajaca amo¬ niak, dwutlenek wegla i wode, kieruje sie do stre¬ fy wyodrebniania dwutlenku wegla. Do strefy tej wprowadza sie takze wode w ilosci 0,2-^6 w sto¬ sunku wagowym lacznej ilosci fazy cieklej pocho¬ dzacej ze strefy .wyodrebniania amoniaku, wpro¬ wadzanej do strefy wyodrebniania dwutlenku wegla. U .góry tej strefy otrzymuje sie dwutlenek wegla zasadniczo pozbawiony amoaaiaku i wody, zas dolem odplywa resztkowa faza ciekla, wpro¬ wadzana do strefy desorpcji.W obu sposobach „róznicowania cisnienia" i „roz¬ cienczania", sklad resztkowej fazy cieklej opusz- 5 czajacej strefe wyodrebniania dwutlenku wegla powinien osiagac lub znajdowac sie niemal na li¬ nii granicznej, badz tez odpowiadac skladowi aze- otropu w stosowanych warunkach, a to w cellu zmaksymalizowania sprawnosci' rozdzielania. W 10 praktyce, jednak, bardzo trudno osiagnac taki sklad. Kompozycja taka pozostaje raczej bogata w dwutlenek wegla (obszar II na fi/g. 1) i znajduje sie w pewnej odleglosci od linii, granicznej. Jeze¬ li jednak nie mozna doprowadzic zawartosci dwu- 15 tlenku wegla w resztkowej cieczy do rózniacej sie o co najwyzej 1% wagowy od zawartosci odpo¬ wiadajacej linia* granicznej, wówczas w rozdzielaniu zuzywa sie nadmierna ilosc energii, -bowiem stru¬ mienie zawracane w calym ukladzie rozdzielania sa duzo wieksze niz byloby to potrzebne. Stwier¬ dzono, ze czesto odleglosc skladu tej resztkowej cieczy od linii granicznej jest wieksza i wynosi, na przyklad 1,5—2% wagowych.Uzywany tu termin „odleglosc od linii granicz¬ nej" oznacza róznice rndedzy zawartoscia dwutlen¬ ku wegla w resztkowej cieczy a zawartoscia dwu¬ tlenku wegla w odpowiadajacym jej punktowi na linii granicznej, wyrazanymi w procentach wago¬ wych. Tak wiec, sklad tej resztkowej cieczy bylby reprezentowany na fig. 1 przez punkt znajdujacy sie w obszarze II, polozony stosunkowo blisko li¬ nii granicznej. Odpowiadajacyma jej punktem na linii granicznej bylby punkt przeciecia linii gra¬ nicznej prosta wyprowadzona z wierzcholka COf i przebiegajaca przez punkt reprezentujacy sklad resztkowej cieczy, znajdujacy ^e w obszarze II.Poniewaz nawet niewielki wzrost zawartosci dwutlenku wegla w resztkowej cieczy pochodzacej ze strefy wyodrebniania dwutlenku wegla moze spowodowac znaczne zwiekszenie zapotrzebowania na energie w celu utrzymania tego samego stopnia wydzielania, próbowano utrzymywac jak najnizsze stezenie dwutlenku wegla. Stwierdzono jednak, ze bardzo trudne jest utrzymywanie stalego stezen:a dwutlenku wegla, bowiem operacja, rozdzielania jest bardzo wrazliwa na nawet niewielkie, zazwy¬ czaj wystepujace zmiany warunków rozdzielania.Zmiany te najczesciej powoduja wzrost zawartosci dwutlenku wegla i tym samym niepozadany wzrost zuzycia energii. \ Nieoczekiwanie stwierdzono, ze wspomnianych niedogodnosci mozna uniknac, jezeli spowoduje sie, aby resztkowa faza ciekla usuwana ze strefy wyodrebniania dwutlenku wegla byla uboga w dwutlenek wegla, w przeciwienstwie do wymienio¬ nych wyzej sposobów, w których jest ona raczej bogata w dwnrtlenek. Innymi slowy, sklad tej reszt¬ kowej fazy cieklej powinien znajdowac sie na fig. 1, (obszar I). Postepujac sposobem wedlug wynalaz¬ ku osiaga sie to przez wprowadzenie, do czesci wspomnianej strefy wyodrebniania dwutlenku we¬ gla, z której usuwa sie te resztkowa faze ciekla, faze gazowa zawierajaca _amoniak w ilosci wy-7 114 967 $ starczajacej do zubozenia tej resztkowej fazy cie¬ klej w dwutlenek wegla.Faze gazowa zawierajaca amoniak moze stano¬ wic czysty amoniak lub dowolna mieszanina za¬ wierajaca amoniak, zdolna do podwyzszenia sto¬ sunku amoniaku do dwutlenku wegla w fazie cie¬ klej usuwanej ze strefy wyodrebniania dwutlenku wegla. Te faze gazowa moze stanowic nawet mie¬ szanina amoniaku i dwutlenku wegla, jezeli stosu¬ nek molowy NHs/COs w gazie jest w stanie rów¬ nowagi wiekszy niz ten stosunek w resztkowej fa¬ zie cieklej. Korzystne jest, aby otrzymana, reszt¬ kowa faze ciekla usunieta ze strefy wyodrebniania dwutlenku wegla wprowadzic do strefy desorpcji i odprowadzany góra gaz zawierajacy amoniak, dwutlenek wegla i pare wodna oddzielic od fazy cieklej,, stanowiacej wode po desorpcjii, zasadniczo pozbawiona amoniaku i dwutlenku wegla,, czesc tego gazu wprowadzic do wspomnianej strefy wy¬ odrebniania amoniaku, zas pozostala czesc wpro¬ wadzic do strefy wyodrebniania, dwutlenku wegla jako wspomniana faze gazowa, zawierajaca amo¬ niak. Do dolu tej strefy wyodrebniania dwutlenku wegla, korzystnie jest zawracac okolo 1—50% wa¬ gowych, a najkorzystniej okolo 5—40% wagowych gazów uwalnianych w strefie desorpcji.Ilosc tej zawierajacej amoniak fazy gazowej wprowadzanej od dolu do strefy wyodrebniania • dwutlenku wegla powinna wystarczyc do przesu¬ niecia zawartosci dwutlenku wegla w usuwanej z niej resztkowej fazy cieklej co najmniej do od¬ powiadajacego jej punktu na linii . granicznej, a korzystnie do obszaru .bogatego w amoniak, na od¬ leglosc co najwyzej 2% wagowych od linii grani¬ cznej. Oczywiscie, wiekszosc skladu sumarycznego strumienia wplywajacego do strefy wyodrebniania dwutlenku wegla musi znajdowac sie w obszarze bogatym w dwutlenek wegla, gdyz inaczej nie mozna by bylo wyodrebnic dwutlenku wegla., Jezeli sposób wedlug wynalazku stosowac razem z opisanym wyzej sposobem „rozcienczania", osia¬ ga sie bardzo niskie zuzycie energii, a operacja rozdzielania staje sie zupelnie nieczula na fluktu¬ acje skladu surowca(ów) wprowadzanego do stre¬ fy wyodrebniania dwutlenku wegla. Ponadto, zna¬ cznie mozna zmniejszyc objetosc strumieni cieczy, które trzeba cyrkulowac przez rózne strefy roz¬ dzielania.W róznych strefach rozdzielania powinno sie utrzymywac korzystnie, cisnienie okolo 50^5000 kPa. Cisnienie okolo 1'800 kPa, lub* wieksze w stre¬ fie wyodrebniania amoniaku, zalezne od tempera¬ tury dostepnej wody chlodzacej, ma te zalete, ze wydzielony amoniak mozna stosunkowo latwo, i przy malym nakladzie kosztów skroplic przy uzyciu wody chlodzacej. W przypadku spo¬ sobu „rozcienczania" cisnienie ukladu w strefie wyodrebniania dwutlenku wegla moze • byc takie samo lub nawet wyzsze niz w strefie wyodreb¬ niania amoniaku. Korzystnie jest jednak, aby cis¬ nienie ukladu w strefie wyodrebniania dwutlenku wegla nie bylo wiecej niz dwukrotnie wieksze od cisnienia ukladu w strefie wyodrebniania amonia^ Temperatury utrzymywane w róznych strefach rozdzielania zaleza od cisnien, skladu surowca i wymaganej czystosci rozdzielonych produktów.W sposobie „rozcienczania", przy stosowaniu ko¬ lumn rektyfikacyjnych w strefach rozdzielania, tem- R peratury te zawieraja sie na ogól w nizej poda¬ nych granicach: wyodrebnianie NHa, dól kolumny od +00 do +170°C, a góra od --35 do +66°C, zas wyodrebnienie G02, dól kolumny od1 +75 do +,2O0°C, a góra od 0 do¦¦+100°Cl Temperatury 10, w strefie desorpcji sa równiez okreslone cisnie¬ niami, skladem surowca wprowadzanego do tej strefy i wymaganiami w stosunku do czystosci (ilosc amoniaku i dwutlenku wegla) wody usuwa¬ nej z dolu tej strefy. Zazwyczaj temperatury te jg sa wyzsze niz temperatura wrzenia fazy ciezkiej poddawanej desorpcji pod zastosowanym cisnie¬ niem.W przypadku stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku wraz ze sposobem „zróznicowania cisnienia" 20 cisnienie ukladu w strefie wyodrebniania dwutlen¬ ku wegla powinno byc co najmniej dwukrotnie wyzsze od cisnienia ukladu w strefie wyodrebnia¬ nia amoniakiL W celu zapewnienia harmonijnego przebiegu rozdzielania korzystnie jest utrzymywac 25 stosunek cisnienia ukladu w strefie wyodrebniania amoniaku do cisnienia ukladu w strefie wyodreb¬ niania dwutlenku wegla w zakresie 1:5 — 1:20.I w tym przypadku temperatury utrzymywane w róznych strefach rozdzielania zaleza od skladu su- ^ rowca i wymaganej czystosci produktów rozdzia¬ lu.W przypadku stosowania sposobów typu „rózni¬ cowania cisnienia" takze korzystne moze byc doda¬ nie nieco wody rozcienczajacej w celu ulatwienia 35 rozdzielania w strefie wyodrebniania- dwutlenku wegla. Ilosc dodawanej wody rozcienczajacej za¬ lezy wówczas od wielu czynników, w tym równiez od róznicy cisnien w strefach wyodrebniania dwu¬ tlenku wegla i amoniaku oraz od skladu róznycn 40 surowców.Wybór strefy wyodrebniania, do której najpierw wprowadza sie rozdzielana mieszanine, zalezy mie¬ dzy innymi od skladu tej mieszaniny. Jezeli jest ona bogata w amoniak (obszar I na fig. 1), to naj- 45 korzystniej skierowac ja do strefy wyodrebniania amoniaku. Jezeli natomiast jest oma uboga w amo¬ niak (linia graniczna III lub obszar II na fig, 1), wówczas najkorzystniej wprowadzic te mieszanine/ do strefy wyodrebniania dwutlenku .wegla. Wresz- 50 cie, jesli rozdzielana mieszanina bogata w amo¬ niak zawiera równiez znaczne ilosci wody, najko¬ rzystniej podac ja do strefy desorpcji.Strefy wyodrebniania amoniaku i dwutlenku wegla moga miec postac dowolnego urzadzenia 55 odpowiedniego do rozdzielania skladników gazo¬ wych i cieklych, takich jak kolumny rektyfikacyj¬ ne, destylacyjne i myjace, do których te urzadze¬ nia nie ograniczaja sie. Kolumny rektyfikacyjne; Lub kolumny ze strefami rektyfikacji sa jednak 60 najodpowiedniejszymi urzadzeniami. do realizacji sposobu wedlug wynalazku.Mozna nieco zmieniac strumienie miedzy rózny- mi strefami rozdzielania, do których ; odnosi sie sposób wedlug wynalazku, nadal pozostajac wza* fi5 kresie tego sposobu.9 114 967 10 Figura 1 uwidacznia szczególowo wyzej opisany wykres ukladu NH3/COa/H20 pod stalym cisnie¬ niem. Na fig. 2 pokazano schemat wykonywania sposobu wedlug wynalazku w polaczeniu ze sposo¬ bem „rozdzielania", w którym w strefach wyodre¬ bniania NH3 i 002 utrzymuje sie niemal jednako¬ we cisnienie. Na fig. 3 przedstawiono schemat po¬ dobnego sposobu, w którym mieszanine rozdziela sie pod róznymi cisnieniami.W korzystnej realizacji sposobu wedlug wyna¬ lazku, uwidocznione na fig. 2, dodawanie amonia¬ ku laczy sie z rozdzielaniem na zasadzie rozcien¬ czania, a w obu strefach wyodrebniania, amonia¬ ku i dwutlenku wegla, utrzymuje sie zasadniczo $akie samo cisnienie. Na fig. 2 strefe wyodrebnia¬ nia amoniaku stanowi kolumna rektyfikacyjna, NH8 3, strefe wyodrebniania dwutlenku wegla —<. kolumna rektyfikacyjna CO* 13, a strefe desorpcji — desorber 10., ¦ Mieszanine NHj, COj i H^O podaje sie pompa Z przez przewód 1 do kolumny rektyfikacyjnej 3, Amoniak opuszcza kolumne 3 góra przez przewód. 4. Ten NH3 mozna wykroplic przez (glebokie) schlodzenie w kondensatorze 5, Nieskroplona, gazo- ;wa mieszanina iWi* 1 gazów' obojetnych opuszcza kondensator. Gazy obojetne pochodza z powietrza wprowadzanego do instalacji w celu spasowywa- nia tworzyw konstrukcyjnych zbiorników i prze¬ wodów, a tym samym zmniejszenia korózljó do do¬ puszczalnego poziomu., Oczywiscie, zamiast {^wie¬ trza do tego celu mozna uzyc tlen lub substancje uwalniajaca tlen. Czesc powietrza wprowadza sie do kolumny rektyfikacyjnej NH8 3 za pomoca spre¬ zarki 6, przewodami 7 i 8, zas czesc do desorbera 10, przewodem 9. Gazowa mieszanine z kodensa-: tora 5 pozbawia sie NHs w skruberze 11 przez wymycie go woda doprowadzana przewodem 34; Cieplo absorpcji odbiera sie w czesci chlodzenia otrzymanego wodnego roztworu NH3j który poda¬ wany . jest pompa 12 do chlodnicy obiegowej 13 i. zawracany przewodem 14, do skrubera 11. Ten roztwór zawraca sie, przewodem 15 do kolumny rektyfikacyjnej NH8 3.Gaz obojetny odprowadza sie przewodem 16 i kieruje przewodem 17 do dolu kolumny rekty¬ fikacyjnej C02 18. W razie potrzeby mozna ja tak¬ ze calkowicie lub czesciowo- odpowietrzyc przewo¬ dem 19. Czesc skroplonego w kondensatorze 5 amoniaku zawraca sie, przewodem 20, do kolumny rektyfikacyjnej NH8 i stosuje jako orosienie. Roz¬ twór MH3 i GO* w wodzie odprowadza sie z dolu kolumny rektyfikacyjnej NH8 3 przewodem 31.Roztwór ten przepuszcza sie do kolumny rekty¬ fikacyjnej. CO^ 18 utrzymywanej pod zasadniczo takim samym cisnieniem, co kolumna rektyfika¬ cyjna NH8 3, Czesc dolnego produktu z desorbera 10 kieruje sie ponipa 22 i przewodem 23, do ko¬ lumny 18 jajco rozcienczalnik. W celu osiagniecia lepszego wykorzystania ciepla zdesorbowana wode wprowadza sie najpierw na dól kolumny rektyfi¬ kacyjnej COi 18, gdzie oddaje ona czesp ciepla.Pozostala ilosc ciepla potrzebna do rektyfikacji dostarcza sie za pomoca wezownic - grzejnych 24 i, na przyklad, pary wodnej. Czesc cieklego stru¬ mienia z przewodu? 23 odprowadzana jest przewo-; darni 25 i 28 po ochlodzeniu w kondensatorach 26 i 27. Do kolumny 18 wprowadza sie, przewodem 29 dodatkowa ilosc wody myjacej, a to w celu oczy¬ szczenia CO*, od' NH8 w jak najwiekszym stopniu.Gaz skladajacy sde. z C02 i gaizów obojetnych (je¬ zeli sa obecne w ukladzie), zasadniczo pozbawiony NH8 uchodzi- góra kolumny 18, przez przewód 30.Produkt dolny, czyli resztkowa faza ciekla, z Ko¬ lumny 18, rozcienczony roztworem NH8 i CO2 w wodzie, przeplywa przewodem 31 do desorbera 10.W zasadzie caly NH8 i 002 usuwa sie w desor- berze 10 przez ogrzewanie, na przyklad para wo¬ dna via wezownice grzejne 32. Woda po desorpcji, zasadniczo pozbawiona NiH8 i G02, plynie, przewo¬ dem 23, do kolumny rektyfikacyjnej C02 18. Utwo¬ rzona w desorberze 10 gazowa mieszanina NH8, CO* i H^O przeplywa czesciowo,, przewodem 33 do kolumny rektyfikacyjnej 3, a czesciowo przewodem 38, na dól kolumny rektyfikacyjnej CO*. W omór wionej realizacji sposobu wedlug wynalazku strefa desorpcji gazowej, mieszaniny NH^ CO2 i H^O o skladzie znajdujacym sie w obszarze bogatym w NH8 sluzy do wzbogacania w NH8 cieklej fazy wodnej na dole kolumny rektyfikacyjnej OO^.Inny korzystny proces prowadzony , sposobem wedlug wynalazku, wykorzystujacy zasade roz¬ cienczania, przedstawiono na fig. 3. W tym przy¬ padku rektyfikacje C02 prowadzi sie pod cisnie¬ niem wyzszym niz rektyfikacje NH8.Schemat uwidoczniony na fig. 3 jest zasadniczo taki sam jak schemat z fig. 2 i symbole maja te same znaczenia. Róznica polega na tym, ze w przewodach 17 i 21 zainstalowano sprezarke A i pompe B w-celu podwyzszenia cisnienia stru¬ mienia, odpowiedniio, cieczy i gazu. Ponadto, w przewodzie 3,3 znajduje sie zawór rozprezajacy C, w którym zmniejsza sie cisnienie czesci gazowej mieszaniny z desorbera 10* Desorber 10 dziala pod zasadniczo takim samym cisnieniem ukladu, co kolumna rektyfikacyjna C02. W, przewodzie 18 znajduje sie zawór rozprezajacy D stosowany , do, redukcji cisnienia czesci doprowadzanego powie¬ trza,. .<¦.-.,../ W instalacji przedstawionej schematycznie na fig, 3 mozna takze zrealizowac inny proces pro¬ wadzony wedlug wynalazku. W tym przypadku cisnienie w kolumnie do wyodrebniania COt jest co najmniej dwukrotnie, a korzystnie pieciokrot¬ nie wyzsze od cisnienia, pod którym oddziela sie NH3. Nie ma wówczas potrzeby dodawania roz¬ cienczalnika do strefy wyodrebniania* C02, jak to ma miejsce w przypadku sposobów „rozciencza¬ nia"- Sposób wedlug wynalazku ilustruja nastepujace przyklady* Przyklad I. Zasadniczo czysty NH3 i/zasad¬ niczo czysty C02 wydziela sie z mieszaniny NH3, C02 i HaO w instalacji takiej, jaik schematycznie przedstawiona na fig. 3, stosujac sposób typu „roz^ cienczania".Symbole; na fig. .3 maja takie same znaczenia, jak symbole na fig. 2. Stezenia wyraza sie w pxo- centach wagowych. Wartosci cisnienia odnosza sie do cisnienia ukladu NHj/COs/I^O; aktualne cisnie- U 15 ao 25 30 35 40 45- 50 l» #114 967 11 12 nie moze byc nieco wyzsze ze wzgledu na obec¬ nosc gazu obojetnego.Do kolumny rektyfikacyjnej NH8 3 podaje sie 44348 kg/godz. roztworu NH3 i C02 w wodzie, za¬ wierajacego 38,3% NH3, 21,1% COt i 40,6% wody pod cisnieniem 1800 kPa, w temperaturze 66°C.Do kolumny tej wprowadza sie równiez, przy uzy¬ ciu sprezarki 6 635 kg/godz. powietrza, wprowa¬ dzanego równiez, w ilosci 387 kg/godz., do desor- bera 10.Gazowa mieszanine zawierajaca 55,4% NH3, 9,6% COj, 33,5% H^O i 1,5% gazu obojetnego, wy^ plywajaca z desorbera 10 w idosci 25270 kg/godz, w temperaturze 184,7° rozpreza sie w zaworze. ll do cisnienia 18O0 kPa, po czyim wprowadza do icolumny rektyfikacyjnej NH3 3. Góra z kolumny tej wyplywa 37246 kg/godz. mieszaniny gazowej lawierajacej 98,0 %• NH8, 0,3% H^O i 1,7% gazu obojetnego. Czesc tej mieszaniny skrapla sie przez ochlodzenie w kondensatorze 5. 17824 kg/godz. cie¬ klego amoniaku zawraca sie do kolumny 3 jako orosienie, a 16©i59 kg/godz. odprowadza sie z ukla¬ du. Z kondensatora 5 odplywa 2464 kg/godz. gazo¬ wej mieszaniny zawierajacej 74,2% NH3 i 25,8% gazu obojetnego. Mieszanine te wymywa sie w skruberze 11 przy uzyciu 2000 kg/godz. wody. Cie¬ plo usuwa sie ze skrubera przez obiegowy kon¬ densator 13. Do kolumny rektyifiikacyjnej NHt za¬ wraca sie 3829 kg/godz. roztworu skladajacego sie z 47,8% NH3 i 52,2% H*0. Temperatura u góry tej kolumny wynosi do 53°C. 635 kg/godz. gazu obojetnego przeplywa przewo¬ dami 16 i 17, przez sprezarke Af do kolumny rek¬ tyfikacyjnej 18, w której utrzymuje sie cisnienie 3000 kPa. Do kolumny tej podaje sie, pompa B t i przewodem 21, 54273 kg/godz. cieczy o tempera¬ turze 131°C, skladajacej sie z 25,8% NH3, 21,8% CO* i 52,4% HjO, wyplywajacej dolem z kolumny rektyfikacyjnej NH8 3.Do kolumny 18 utrzymywanej pod cisnieniem ^ 3000 kPa, podaje sie, przewodem 38, 7200 kg/godz. gazowej mieszaniny z desorbera 10. Strumien ten stanowi 22,4% calkowitej ilosci gazowej mieszaniny opuszczajacej desorber 10. Do kolumny 18 wpro¬ wadza sie równiez, przewodem 25 4j631G kg/godz. 45 rozcienczalnika skladajacego sie glównie z wody, zawierajacego sladowe ilosci NH3 i C02, opuszcza¬ jacego desorber w temperaturze 2ai-°C. Czesc tego ciepla odzyskuje sie w dolnej czesci kolumny rek¬ tyfikacyjnej C02 18. Lacznie z desorbera wyplywa 7P227 kg/godz. cieczy, a wdec z ukladu usuwa sie, po ochlodzeniu w kondensatorze 27 25914 kg/igodz.' wody, która mozna uzyc, na przyklad, do absorpcji NH, i C02.Na góre kolumny rektyfikacyjnej O02 podaje sie 5951 kg/godz, wody myjacej w celu wylapania resztek NH3. Na- dole kolumny rektyfikacyjnej C02 18 utrzymuje sie, za pomoca pary wodnej, temperature 1<&0°C. Temperatura szczytu kolumny Wynosi 55°C. Gazowa mieszanina wyplywajaca gó¬ ra z kolumny w ilosci 100611 kg/godz. zawiera in- ter aHa 93,2% CO* ponizej 100 ppm NH3. Dolem z kolumny 1S odprowadza sie 104311 kg/godz. roz¬ tworu o temperaturze 180°C, zawierajacego 79,9% HaO, 17,3% NH3 i 3,0% C02. Roztwór ten kieruje 10 19 20 30 Sf sie do desorbera 10. Sklad tej cieczy znajduje sie w obszarze bogatym w NHS. W desorberze roz¬ twór pozbawiony jest zasadniczo NH8 i C02 przy uzyciu pary wodnej. Otrzymuje sie w nim 72227 'kg/godz. wody ze sladowymi tylko ilosciami NH3 i O02. Temperatura szczytu kolumny wynosi 1&5°C.Przyklad II. W sposobie opisanym w przy¬ kladzie I zmieniano stosunek miedzy ilosciami ga¬ zowej mieszaniny z desorbera zawracanymi do stref wyodrebniania NiH8 i C02. W ten sposób otrzymywano na dole strefy wyodrebniania C02 resztkowe fazy ciekle o skladach lezacych w ob¬ szarze bogatym w C02, na linii granicznej i w obszarze bogatym w NHs- W tablicy zestawiono wzgledne zuzycie energii, zaleznie od- polozenia skladu resztkowej fazy cieklej ze strefy wyodreb¬ niania G02 w stosunku do linii granicznej. We wszystkich przypadkach uzyskiwano jednakowe ilosci produktów o takiej samej czystosci. W .kaz¬ dym doswiadczeniu za 100% przyjmuje sie zuzycie energii, gdy do strefy wyodrebniania C02 przepu¬ szcza sie gaz nie zawierajacy NH».Tablica 1 Odieglosc od linii granicznej Doswiad¬ czenie 1 2 [ 3 ' ! —1 0 + 1 wzgledne zuzycie energii 89% 85% 92% 89% — — 100% 100% 100% Równa „—1" odleglosc od linii granicznej ozna¬ cza 1% wagowy C02 po stronie linii granicznej bogatej w amoniak, „0" oznacza, ze sklad resztko¬ wej fazy cieklej znajduje sie na linii granicznej, „+1" oznacza 1% wagowy C02 po stronie linii granicznej bogatej w C02, a wynika z braku amo¬ niaku w fazie gazowej wprowadzanej do dolu ko¬ lumny wyodrebniania amoniaku.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wydzielania amoniaku zasadniczo po¬ zbawionego dwutlenku wegla i wody oraz dwu¬ tlenku wegla zasadniczo wolnego od amoniaku i wody z mieszaniny skladajacej sie glównie z amoniaku i dwutlenku wegla polegajacy na od¬ dzielaniu gazowego airioniaku zasadniczo pozbawio¬ nego dwutlenku wegla i wody w strefie wyodreb¬ niania amoniaku, usuwaniu otrzymanej resztkowej fazy cieklej zawierajacej amoniak, dwutlenek we¬ gla i wode z tej strefy i wprowadzaniu do stre¬ fy wyodrebniania dwutlenku wegla, oddzielaniu gazowego dwutlenku wegla zasadniczo pozbawio¬ nego amoniaku i wody w strefie wyodrebniania dwutlenku wegla i usuwaniu otrzymanej resztko¬ wej fazy cieklej zawierajacej amoniak, dwutlenek wegla i wode z tej strefy, znamienny tym, ze do114 967 13 czesci strefy wyodrebniania dwutlenku wegla, z której usuwa sie resztkowa faze ciekla, dodaje sie gaz zawierajacy amoniak w ilosci wystarczajacej do zubozenia tej resztkowej fazy cieklej w dwu¬ tlenek wegla. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze resztkowa faze ciekla usuwana ze strefy wyodreb¬ niania dwutlenku wegla wprowadza sie do strefy desorpcji, powstajacy w niej gaz zawierajacy amo¬ niak, dwutlenek wegla i pare wodna oddziela sie od fazy cieklej stanowiacej zdesorbowana wode zasadniczo' pozbawiona amoniaku i dwutlenku we¬ gla, czesc tego gazu wprowadza sie do strefy wy¬ odrebniania amoniaku, a pozostalosc wprowadza sie do strefy wyodrebniania dwutlenku wegla ja¬ ko faze gazowa zawierajaca amoniak. 14 znamienny wprowadza znamienny wprowadza tym, sie tym, sie ze do ze do znamienny tym, ze 3. Sposób wedlug zastrz, 2, 1—50 % mieszaniny gazowej strefy wyodrebniania C02. 4. Sposób wedlug zastrz. 3, 5—40 % mieszaniny gazowej strefy wyodrebniania C02. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, do strefy wyodrebniania dwutlenku wegla wpro¬ wadza sie wode rozcienczajaca w ilosci 0,2,—6-lkrot- nej w stosunku do ilosci surowca wprowadzanego do tej strefy. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w strefie wyodrebniania dwutlenku wegla utrzy¬ muje sie cisnienie ukladu wyzsze niz w strefie wyodrebniania amoniaku.Fig. 1114 967 Fig. Z Fig. 3 PZGraf. Koszalin D-531 95 egz. A-4 Cena 100 zl PL