Pierwszenstwo 07.VIII.1964 Wlochy Opublikowano 15.11.1968 54345 KI 12*, 1/12 MKF COlc UKD An Wlasciciel patentu: SNAM S.p.A., Mediolan (Wlochy) Sposób oddzielania amoniaku wytworzonego na drodze syntezy z wodoru i azotu i Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania amoniaku z gazów wychodzacych z instalacji do syntezy amoniaku z wodoru i azotu. Silnie wzra¬ stajace zapotrzebowanie na amoniak •syntetyczny dla potrzeb przemyslowych i rolniczych ¦ powo- 5 duje instalowanie nowych wytwórni o coraz to wiekszej wydajnosci.Z dotychczasowego stanu techniki wiadomo, ze synteza amoniaku prowadzona jest w wysokich temperaturach i przy wysokich cisnieniach 10 (400—500T! i 250^600 atm), co wymaga stosowa¬ nia reaktorów o specjalnej konstrukcji, wymien¬ ników ciepla, oraz sprezarek tlokowych przysto¬ sowanych do sprezania syntezowanej mieszaniny gazów. 15 Ograniczona wydajnosc sprezarek tlokowych sta¬ nowi powazna przeszkode przy Ibudowie zakladów produkcyjnych o duzej przelotowosci poniewaz wy¬ maga ustawienia kilku sprezarek a tym samym powaznych kasztów inwestycyjnych. ' 20 Budowa instalacji zdolnych do dziennej produk¬ cji 800—2000 ton amoniaku, wymaga stosowania sprezarek odsrodkowych, mogacych zapewnic tak wielka wydajnosc. Jednak maksymalne cisnienie osiagalne obecnie w sprezarkach odsrodkowych 25 wynosi okolo 200 atan, wobec fczego obecnie kon¬ centruje sie uwage na instalacjach do syntezy amoniaku pracujacych w ramach tych -cisnien.Rozwiazania aparaturowe i technologiczne zwia¬ zane z instalacja niskocisnieniowa do syntezy sa 30 znacznie prostsze, a koszt inwestycyjny mniejszy, ale jednoczesnie wylania sie tu zagadnienie oddzie¬ lania amoniaku (wytworzonego pod tmalylm cisnie¬ niem od nieprzereagowanego wodoru i azotu.W konwencjonalnej aparaturze wysokocisnienio¬ wej, oddzielanie amoniaku nastepuje przez ozie¬ bienie do temperatury —15 do —30°C, w zalez¬ nosci od cisnienia, przy czym z gazów wylotowych otrzymuje sie 2—5°/o amoniaku.Przy stosowaniu nizszych cisnien bylyby po¬ trzebne duzo nizsze temperatury wymagajace kosz¬ townej i skomplikowanej instalacji, oziebiajacej mieszanine produktów reakcji do okolo —WC dla otrzymania z gazów wylotowych 2—3% amoniaku.W zwiazku z rninieljsza wydajnoscia pojemnos¬ ciowa instalacji niskocisnieniowej w porównaniu z instalacja wysokocisnieniowa, bardzo wazne sta¬ je sie zagadnienie mozliwie najbardziej wydajne¬ go oddzielania amoniaku.Produkty reakcji otrzymywane z urzadzen nis¬ kocisnieniowej syntezy amoniaku zawieraja jednak przewaznie 8—12% amoniaku w stosunku wago¬ wym. Czastkowe 'cisnienie amoniaku jest wiec po¬ waznie zredukowane i nalezy cale cieplo konden¬ sacji amoniaku odebrac w instalacji chlodniczej, w której temperatura osiagalna przy chlodzeniu wodnytti nie wystarcza do sfcrapilania amoniaku przy tak niskim cisnieniu czastkowym. W tych wa¬ runkach instalacja nisko-cisiiiendowa do odzysku 54 34554 345 amoniaku przze oziebianie wytmagalalby duzych na¬ kladów i .bylaiby kosztowna iw eksploatacji.Dawniej prowadzono synteze amoniaku przy malych cisnieniach, a to ze wzgledu na brak roz¬ wiazan pewnych zagadnien zwiazanych z techni¬ ka wysokich cisnien. W procesach tych oddzie¬ lanie amoniaku z produktów reakcji przeprowa¬ dzano przez absorpcje amoniaku w wodzie lub kilkustopniowa jego albsorpcje w roztworach wod¬ nych amoniaku o malejacym stezeniu z tpozosta- wieniem znikomej zawartosci amoniaku w gazach wylotowych. Metoda ta miala jednak te powazna niedogodnosc, ze w igazach wylotowych przezna¬ czonych do zawracania znajdowala sie wilgoc za¬ truwajaca katalizator, "wprowadzanie natomiast sy¬ stemu osuszajacego gazy przeznaczone do zawraca¬ nia bylo polaczone z trudnymi zagadnieniami tech¬ nicznymi powodujacyimi dodatkowe naklady inwe¬ stycyjne i dodatkowe koszty eksploatacji. iZnane sa metody usuwania wilgoci z gazów przeznaczonych do zawracania, przez swiadomy dodatek do nich malych ilosci amoniaku, oraz wy- kroplenie z nich wody i amoniaku w postaci wo¬ dy amoniakalnej. Metoda ta wymaga jednak klo¬ potliwej operacji, a mianowicie Ibardzo scislego dozowania wprowadzonego amoniaku.'Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania amoniaku wytworzonego w instalacjach srednio i niskocisnieniowej syntezy amoniaku, który nie wymaga stosowania kosztownych urzadzen chlod¬ niczych i eliminuje niedogodnosci sposobów do- tychczasowycji.SpoteoJbem wedlug wynalazku oddzielanie amo¬ niaku wytworzonego na drodze syntezy z azotu i wodoru pod idisnieniem 100-^250 atmosfer, ko¬ rzystnie 130—200 atmosifer prowadzi sie przez dwustopniowa albsorpcje amoniaku w roztworach wodnych amoniaku o malejacym stezeniu, w taki sposób, azeby czesc amoniaku zawarta w gazie nie ulegla altsorpcji i zefoy mokry gaz poaflbsorpcyjny zawieral oprócz wodoru równiez amoniak, w ilosci 25—50% wagowych w stosunku do zawartej w nim wody.Gaz poalbsoribcyjlny zawierajacy 0,2—1%, korzyst¬ nie mniej niz 0,6% wagowych amoniaku i wody osusza sie przez wykroplenie z niego w tempera¬ turze —20° do —30°C wody i amoniaku w posta¬ ci wody amoniakalnej. Albsorpcje amoniaku pro¬ wadzi sie pod cisnieniem odpowiadajacym cis¬ nieniu syntezy, przy czym w pierwszym stopniu absorbuje sie go w wodnym roztworze amoniaku zawierajacym 15^-40% amoniaku w stosunku wa¬ gowym, a w drugim stopniu w rozcienczonym roz¬ tworze zawierajacym l1—10% amoniaku w stosun¬ ku wagowym.Pozostale gazy zawieraja jeszcze amoniak w zni¬ komej ilosci 0,05—0,2% wagowych i w tym sta¬ nie zawraca sie je do syntezy.Otrzymanym z albspriberów roztworem amonia¬ ku zawierajacym 40—75% wagowych amoniaku zasila sie dzialy destylacja i rektyfikacji pracuja¬ ce pod cisnieniem 15-^30 atm, z których otrzymu¬ je sde zasadniczo bezwodny amoniak, roztwór za¬ wierajacy !5—40% wagowych amoniaku oraz roz¬ twór zawierajacy 1—10% wagowych amoniaku.Na rysunku uwidoczniono schematycznie i przy¬ kladowo rozwiazanie urzadzenia do wykonywa¬ nia sposobu wedlug wynalazku.Reaktor 1 zasila sie przez przewód 2 swiezymi 5 gazami do syntezy (i przez przewód 3 gaza¬ mi zawracanymi do syntezy. Mieszanine ga¬ zów i produktów reakcji przesyla sie przewodem 4 do afbsorpcyjne&o ukladu 5 skladajacego sie z dwóch czesci 6 i 7 z których do pierwszej czesci lft 6 doprowadza sie przewodem 8 roztwór absorp¬ cyjny, zawierajacy 15—40% wagowych amoniaku, a do drugiej czesci 7 przez przewód 9 roztwór ab¬ sorpcyjny zawierajacy 1—10% wagowych amo¬ niaku. 15 Z absorpcyjnego ukladu 5 pracujacego pod ~tym samym cisnieniem co reaktor 1 (130—200 atm lub ponad 200 atm) i w temperaturze Ó^100?C wy¬ chodzi przewodem 10 mieszanina gazowa wodoru i azotu, zawierajaca poza tym wode i amoniak w 20 ilosci 0,2^1*/o wagowych do wymiennika ciepla 11 i do ukladu chlodzacego 12 gdzie zostaje oziejbiona do temperatury -^20 do —SiTC Skondensowane pa¬ ry roztworu amoniakalnego zostaja oddzielone w separatorze 13 od oziejbionych gazów i roztwór 25 ten zostaje odprowadzony przewodem 14 do zmie¬ szania z drugim roztworem amoniakalnym wy¬ prowadzonym przewodem 15 z czesci 6 ukladu absorpcyjnego. Oczyszczony gaz z separatora 13 przechodzi przewodem 3 do reaktora <1. 30 Wzbogacony w amoniak roztwór z ukladu 5 przechodzi przewodem 15 do ukladu 16, przez któ¬ ry przeplywa przewodem 17 roztwór amoniaku poddawany wzbogaceniu w czesci 6 ukladu 5, przy czym cisnienie tego ostatniego roztworu zostaje 35 (podwyzszone do cisnienia panujacego w ukla¬ dzie 5.Wzbogacony roztwór amoniakalny zawierajacy 40—75% wagowych amoniaku przechodzi z ukla¬ du 16 przewodem 18 do wymiennika ciepla 19, 49 a nastepnie przewodem i20 do "kolumny 21 destyla- cyjno-rektyfikacyjnej. W kolumnie 21, pracujacej pod cisnieniem 15—30 atm. odpedza sie amoniak az do uzyskania roztworu o zawartosci 15—40% wagowych amoniaku po czym roztwór ten odpro- 45 wadza sie do absorpcji przewodem 22. Kolumne 21 ogrzewa sie za pomoca wezownicy grzejnej 23 zasilanej para pod niskom cisnieniem.W górze kolumny 21 wydziela sie faza gazowa skladajaca sie iglówtnie z almohiaku. Amoniak ten 50 zostaje skroplony w skraplaczu 24 skad czesc jego zawraca sie do kolumny 21, a czesc odprowadza przewodem 25 na zewnatrz ufcladm Czesc roztworu wprowadzonego do kolumny 21 przewodem 20 przeplywa szczelina 26 do kolumny 55 27, gdzie podlega destylacj; az do osiagniecia za¬ wartosci 1—10% wagowych amoniaku. Wydziela¬ jaca sie faza gazowa wznosi sie w kolumnie jjo góry, przechodzi przez szczeline 26 i wchodzi do kolumny 21. 60 Cieplo doprowadza sie do kolumny 27 za pomoca wymiennika 28 zasilanego para pod niskim cisnie¬ niem. Slalbo amoniakalny roztwór wychodzacy wy¬ lotem 29 przeplywa przez oziebiajace urzadzenie 30, pompe 31, oraz przewód 9 do ofosorpcyjnej 65 czesci 7 ukladu 5.54 3 5 Roztwór amoniakalny zawierajacy 15—40°/o wa¬ gowych amoniaku wyplywajacy przewodem 22 przechodzi przez wymiennik 10 a nastepnie prze¬ wodem 17 do aparatu 32, gdzie zostaje oziebiony i przetloczony pod cisnieniem do ukladu 16, a w koncu wprowadzony przewodem 8 do czesci 6 ukladu absorpcyjnego 5.Sposób wedlug wynalazku daje wiele korzysci tak z technicznego jak i ekonomicznego punktu widzenia. Praktycznie otrzymuje sie pelne oddzie¬ lenie amoniaku z produktów syntezy.Druga godna podkreslenia zaleta tego sposo¬ bu jest zastosowanie stosunkowo tanich urzadzen jakimi sa kolumny absorpcyjne d destylacyjne za¬ miast wielkich i kosztownych ukladów chlodni¬ czych.Uklad ichlodniiczy zastosowany dlug wynalazku moze miec wydajnosc wynosza¬ ca zaledwie 10—15% wydajnosci wymaganej przy fetosowaniiu sposobów dotychczasowych. 20 PL