PL199905B1 - Sposób zagospodarowania gazów odlotowych z wysokociśnieniowego procesu wytwarzania melaminy - Google Patents

Abstract

Gazy odlotowe o ciśnieniu nie większym niż 70 barów absorbuje się w temperaturze 50-140°C w zasadniczo wodnym roztworze zawierającym od 50% do 100% mocznika. Powstały ciekły strumień roztworu poabsorpcyjnego odprowadza się do instalacji produkcji mocznika.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zagospodarowania gazów odlotowych z wysokociśnieniowego procesu wytwarzania melaminy. Bardziej konkretnie, sposób dotyczy zagospodarowania oczyszczonej z melaminy mieszaniny gazów posyntezowych, składającej się zasadniczo z amoniaku, dwutlenku węgla i pary wodnej.

W instalacjach produkcji melaminy z mocznika zachodzi proces konwersji mocznika w melaminę, przy czym w sumarycznej reakcji wydziela się sześć cząsteczek NH3 i trzy cząsteczki CO2 na jedną cząsteczkę melaminy. Mieszanina gazowych produktów konwersji, po odseparowaniu melaminy, zawierająca oprócz wyżej wymienionych związków także pewną ilość pary wodnej, jest wyprowadzana z sekcji syntezy jako gazy odlotowe.

Rozdzielenie gazów odlotowych lub ich zagospodarowanie stanowi jeden z trudniejszych problemów w technologii melaminy. Jednym z najczęściej stosowanych sposobów jest odsyłanie gazów do instalacji produkcji mocznika do sekcji syntezy. Problemem jest sprężenie gazów do ciśnienia jakie tam panuje (1025 MPa) żeby umożliwić wprowadzenie ich do przestrzeni reakcyjnej. Proste sprężanie w kompresorze jest praktycznie niemożliwe ze względu na to, że przy pewnych typowych składach gazów ich temperatura skraplania jest bardzo zbliżona do temperatury krzepnięcia i sprężenie gazów powoduje wykroplenie ich a następnie wykrystalizowanie karbaminianu amonu, co stanowi ogromne zagrożenie dla łopatek kompresora. Dodatkowym utrudnieniem jest wybitnie korozyjny charakter tworzącego się przy tym karbaminianu amonu.

Trudność ta jest zwykle pokonywana w ten sposób, że gazy poddaje się najpierw absorpcji z użyciem wody a dopiero potem spręża pompą do ciśnienia syntezy mocznika. Wywołuje to jednak kolejne problemy, ponieważ obecność wody w reaktorze syntezy mocznika pogarsza stopień przereagowania, co powoduje wzrost zużycia mediów energetycznych i pogorszenie ekonomiki procesu.

Rozwiązania techniczne sekcji syntezy instalacji melaminy są w kilku rodzajach. W większości technologii stopiony mocznik wprowadzany jest bezpośrednio do reaktora, w którym zachodzi reakcja syntezy melaminy. Powstała mieszanina poreakcyjna zawierająca melaminę, CO2, NH3 i ewentualnie resztki nieprzereagowanego mocznika przechodzi do wieży schładzającej (płuczki), która działa na zasadzie chłodnicy absorpcyjnej. W płuczce następuje gwałtowne wychłodzenie mieszaniny poreakcyjnej poprzez zalanie dużą ilością wody, przy czym melamina przechodzi do roztworu i odprowadzana jest dołem do dalszej obróbki, natomiast zasadniczo wolne od melaminy nieskondensowane gazy zawierające NH3, CO2 i wodę wyprowadzane są z góry płuczki i odsyłane poza sekcję syntezy, do zagospodarowania w innych częściach instalacji melaminy albo do instalacji mocznika.

Dalsze zagospodarowanie tych nieskondensowanych gazów polega albo na separacji ich na amoniak i CO2 (CO2 jako mniej wartościowy nierzadko wypuszcza się do atmosfery), albo na przekształceniu w karbaminian amonu lub mocznik i przesłaniu do instalacji produkcji mocznika. Na przykład patent US 3723430 udzielony na rzecz firmy Nissan przewiduje syntezę mocznika pod ciśnieniem zbliżonym do ciśnienia syntezy melaminy, tj. 80-150 kg/cm² i skierowanie produktu syntezy do etapu rozkładu karbaminianu amonu w wysokociśnieniowej syntezie mocznika (180-300 kg/cm2 w reaktorze syntezy mocznika w instalacji głównej).

W technologii Nissan, przedstawionej m.in. w opisie patentu USA nr 3700672, albo Melamine Chemicals (patent USA nr 4565867) rozwiązanie jest nieco inne (fig. 2). Gazy posyntezowe po wyjściu z reaktora po oddzieleniu od cieczy w separatorze kierowane są do skrubera, w którym przemywane są podawanym w przeciwprądzie ciekłym mocznikiem. Nieskondensowane gazy są wyprowadzane poza sekcją, natomiast mocznik przechodzi do reaktora syntezy jako substrat do reakcji. Rozwiązanie to ma na celu podgrzanie mocznika oraz wymycie z gazów poreakcyjnych melaminy. Zachodzi tu także częściowa absorpcja NH3 i CO2, ale jest to zjawisko uboczne i zasadniczo niekorzystne.

Sposób według wynalazku polega na absorpcji średniociśnieniowych gazów odlotowych o ciśnieniu nie większym niż 70 bar w stopie mocznika lub jego wodnym roztworze o stężeniu co najmniej 50% wag. W wyniku absorpcji powstaje mieszanina karbaminianu amonu i węglanów amonu, rozpuszczonych w moczniku i wodzie, którą to mieszaninę kieruje się do instalacji produkcji mocznika. Do reaktora syntezy melaminy podaje się odrębny strumień stopu mocznika, strumienia tego nie kontaktuje się z gazami odlotowymi.

Stop mocznika stosowany w absorpcji gazów odlotowych jest stopem uzyskiwanym w przemysłowym procesie wytwarzania mocznika i zawiera około 99% mocznika (w tym ewentualnie kilka procent biuretu) i około lub poniżej 1% wody. Roztwór mocznika jest roztworem wodnym, ponieważ taki roztwór jest najłatwiej dostępny w warunkach przemysłowych, ale możliwe jest także stosowanie mieszanin bądź rozPL 199 905 B1 tworów mocznika z materiałami innymi niż woda (np. oleje), ponieważ w sposobie według wynalazku istotna jest przede wszystkim obecność mocznika jako medium absorbującego gazy odlotowe.

Ciśnienie absorpcji gazów odlotowych jest w zakresie 0,5-7 MPa korzystnie 0,5-5 MPa. Temperatura absorpcji jest w zakresie 50-140°C; poniżej 50°C krystalizacja mocznika jest na tyle intensywna, że uniemożliwia prowadzenia absorpcji, natomiast powyżej 140°C absorpcja nie zachodzi ze względu na odparowanie składników.

Gazy odlotowe mogą pochodzić z płuczki mieszaniny poreakcyjnej, znajdującej się za reaktorem syntezy, lub z innego aparatu, w którym gazy posyntezowe separuje się od melaminy.

Korzystnie część roztworu poabsorpcyjnego cyrkuluje się w węźle absorpcji, a pozostałą część odprowadza się do instalacji produkcji mocznika. Jednocześnie odprowadza się ciepło powstałe przy wykraplaniu i absorpcji gazów. Ciepło to można wykorzystać do produkcji pary. Do przestrzeni absorpcyjnej podczas absorpcji gazów odlotowych można podawać amoniak, celem poprawy warunków absorpcji.

Absorpcję można także prowadzić w wymienniku ciepła, odprowadzając ciepło powstałe przy wykraplaniu i absorpcji gazów. Ciepło to można wykorzystać np. do produkcji pary.

Możliwe jest także prowadzenie absorpcji w układzie dwóch wymienników ciepła. Do drugiego wymiennika doprowadza się, oprócz strumienia poabsorpcyjnego, wodny roztwór mocznika lub amoniak.

Podstawową zaletą wynalazku jest minimalizacja ilości wody wprowadzanej do reaktora syntezy mocznika wraz z gazami odlotowymi z instalacji melaminy. Dzięki temu osiąga się znaczne zmniejszenie zużycia mediów energetycznych w bardzo energochłonnym procesie wytwarzania mocznika. Ponadto, podawanie mniejszej ilości wody (w porównaniu z metodami, w których rozpuszczalnikiem gazów odlotowych jest sama woda) do reaktora syntezy mocznika powoduje znacznie mniejszy spadek wydajności instalacji mocznika.

Istnieje także możliwość odzyskiwania czystego amoniaku, który po skropleniu może być zawracany do procesu wytwarzania melaminy.

Przykłady wykonania wynalazku

Sposób według wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia ogólny sposób według wynalazku, fig. 2 i fig. 3 przedstawiają niżej opisane szczegółowe przykłady wykonania wynalazku, pos. l przedstawia schemat typowego węzła syntezy melaminy, pos. II przedstawia sposób wytwarzania melaminy według technologii Melamine Chemicals (patent US 4,565,867).

P r z y k ł a d 1

Gazy odlotowe z sekcji syntezy melaminy składającej się z reaktora 9 i separatora gazów 10, o składzie 35% CO2, 45% NH3, 20% H2O, temperaturze 180°C i ciśnieniu 2,7 MPa podawane są w ilości 18 t/h do kolumny absorpcyjnej 1 w jej dolnej części, w której rozprowadzane są przez dystrybutor 2 w zgromadzonej tam cieczy. Następuje tu zasadniczy proces wykraplania i absorpcji gazów, który zachodzi w temperaturze 110°C. Gazy, które nie uległy kondensacji, przepływają w górę kolumny 1 (która nie posiada wypełnienia) i przemywane są tam przez roztwór spływający z góry, przy czym następuje dalsza absorpcja gazów. Gazy, które nie uległy absorpcji w dolnej części kolumny, przechodzą do jej górnej części. Przemywane są tam za pomocą ciekłego amoniaku, który spływa przez półki i odpływa potem do dolnej części kolumny 1, gdzie łączy się z roztworem cyrkulującym. W górnej części kolumny 1 zachodzi wymywanie z gazów resztek wody i CO2, pozostały gazowy amoniak po wyprowadzeniu z kolumny 1 jest skraplany i używany w innych sekcjach procesu produkcji melaminy.

Roztwór wyprowadzany z dołu kolumny 1 jest przetłaczany pompą cyrkulacyjną 3, a następnie przechodzi przez chłodnicę 4. W chłodnicy tej wyprowadzane jest ciepło powstałe przy absorpcji gazów, na które składa się ciepło kondensacji, ciepło mieszania oraz ciepło syntezy powstałego karbaminianu.

Po chłodnicy 4 następuje rozgałęzienie przepływów 5. Jedna część roztworu jest wyprowadzana poza układ, sprężana pompą do 23,0 MPa i następnie odsyłana do sekcji syntezy instalacji mocznika. Druga część roztworu jest zawracana do górnej części kolumny, w której jest rozprowadzana przez zraszczacz i stanowi roztwór cyrkulacyjny.

Za rozgałęzieniem 5 doprowadzany jest do roztworu mocznik w postaci 70% roztworu wodnego w ilości 2,5 t/h.

P r z y k ł a d 2

Gazy odlotowe z sekcji syntezy melaminy jak w przykładzie 1, o składzie 33% wag. CO2, 46% NH3, 20% H2O oraz inerty, temperaturze 158°C i ciśnieniu 2,4 MPa podawane są w ilości 15,5 t/h do kondensatora 6, do którego wprowadza się także ciekły mocznik w charakterze sorbentu, w ilości 2 t/h. W kondensatorze 6 następuje absorpcja i skraplanie gazów i w tym samym czasie następuje

PL 199 905 B1 odbiór powstającego ciepła. Mieszanina skroplin i nieskondensowanych gazów o temperaturze 91 °C i ciśnieniu 2,25 MPa przechodzi do chłodnicy 7, w której następuje końcowe wychłodzenie i kondensacja gazów. Do tej chłodnicy wprowadza się 70% roztwór wodny mocznika w ilości 0,5 t/h. Strumień wylotowy z chłodnicy kierowany jest do separatora 8, w którym ciecz rozdzielana jest od nieskondensowanych inertów. Inerty są wyprowadzane poza układ a skropliny po sprężeniu do 23,0 MPa są odsyłane do instalacji mocznika.

Powyższe przykłady nie wyczerpują wszystkich wariantów realizacji wynalazku, jakie mogłyby być stworzone przez znawcę technologii melaminy przez połączenie wynalazku z rozwiązaniami ze stanu techniki.

Claims (7)

1. Sposób zagospodarowania gazów odlotoowch z vwy°kociśśieniowego proccsu ywtwarzania melaminy, składających się zasadniczo z amoniaku, dwutlenku węgla i wody, w którym gazy te poddaje się absorpcji i wykropleniu wraz z odbieraniem powstałego przy tym ciepła a powstały roztwór, po podwyższeniu ciśnienia, odprowadza się do instalacji produkcji mocznika, znamienny tym, że gazy odlotowe o ciśnieniu nie większym niż 7,0 MPa absorbuje się w zasadniczo wodnym roztworze zawierającym od 50% do 100% mocznika i powstały ciekły strumień roztworu poabsorpcyjnego odprowadza się do instalacji produkcji mocznika, przy czym temperatura absorpcji gazów odlotowych jest w zakresie 50-140°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciśnienie absorpcji gazów jest w zakresie 0,5-5,0 MPa.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztworu poabsoopcyjnego zawraca się do etapu absorpcji gazów odlotowych, a pozostałą część odprowadza się do instalacji produkcji mocznika.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do etapu absorpcji podaje się amoniak.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że absorpecę gazów odlotowych prowadzi się w wymienniku ciepła (6) i odprowadza się powstałe przy wykraplaniu i absorpcji gazów ciepło.

6. Sposób według zastrz. 5, tym, że strumień poabsoΓρο^ηγ wprowadza się do drugiego wymiennika ciepła (7), do którego wprowadza się także wodny roztwór mocznika.

7. Sposób według zastrz. 5, tym, że strumień poa bso Γρο^ηγ wprowadza się do drugiego wymiennika ciepła, do którego wprowadza się także amoniak.