Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania amoniaku i dwutlenku wegla z mieszanin zawie¬ rajacych amoniak, dwutlenek wegla i wode, w którym amoniak oddziela sie przez rektyfikacje w strefie oddzielania amoniaku, pozostala faze ciekla 5 przesyla sie do strefy oddzielania dwutlenku we¬ gla, w której gazowy dwutlenek wegla oddziela sie przez rektyfikacje, a pozostala faze ciekla od¬ prowadza sie z dolu tej strefy do strefy desorpcji, w której zasadniczo caly .amoniak i dwutlenek 10 wegla, zawarte jeszcze w tej fazie cieklej, oddziela sie jako mieszanine gazowa.W pewnych procesach chemicznych jako pólpro¬ dukty uzyskuje sie mieszaniny zawierajace amo¬ niak i dwutlenek wegla, a czasami równiez wode. 15 Tak inp. w syntezie melaminy z mocznika uzyskuje sie mieszanine gazowa zawierajaca oprócz melami¬ ny równiez amoniak i dwutlenek wegla, w ilosci co najmniej 1,7 tony na tone melaminy. Miesza¬ niny takie uzyskuje sie równiez przy wytwarzaniu 20 mocznika z amoniaku i dwutlenku wegla, w wy¬ niku rozkladu produktu ubocznego, tj. karbaminia- nu amonowego, i oddzielania go od wytworzonego mocznika.W celu efektywnego wykorzystania tego amonia- 25 ku i dwutlenku wegla, po oddzieleniu ich od me¬ laminy lub mocznika, np. przez zawracanie ich do procesu syntezy mocznika, w wiekszosci przypad¬ ków trzeba sprezyc gazy do wyzszego cisnienia.Sprezanie takich mieszanin wymaga specjalnych *o srodków zaradczych, aby zapobiec kondensacji a- moniaku i dwutlenku wegla i osadzaniu sie wy¬ tworzonego dzieki temu stalego karbaminianu amo¬ nowego.Z tego wzgledu takie mieszaniny gazowe absor¬ buje sie zazwyczaj w wodzie lub w roztworze wod¬ nym, w wyniku czego tworzy sie roztwór karbami- niianu amonowego, który mozna przepompowac do reaktora do syntezy mocznika, czasami zatezajac go przez desorpcje i powtórna absorpcje pod wyz¬ szym cisnieniem. Wada takiego sposobu postepowa¬ nia jest to, ze woda zawracana do reaktora do syn¬ tezy mocznika wraz z amoniakiem i dwutlenkiem wegla, wywiera niekorzystny wplyw na reakcje syntezy mocznika.Zaproponowano oddzielne usuwanie amoniaku i dwutlenku wegla z ubocznych mieszanin i oddziel¬ ne ich zawracanie, aby zapobiec • tworzeniu sie osadów ikarbaminianu amonowego. Dwuskladniko¬ wy uklad amoniaku i dwutlenku wegla tworzy jed¬ nak azeotrop o maksymalnej temperaturze wrze¬ nia, w którym stosunek molowy amoniaku do dwu¬ tlenku wegla wynosi okolo 2:1 i z tego wzgledu nie moze byc rozdzielony przez prosta destylacje.Zjawisko to wystepuje równiez w trójskladniko¬ wym ukladzie amoniaku, dwutlenku wegla i wo¬ dy. (Nalezy rozumiec, ze zastosowane tutaj okres¬ lenie azeotrop obejmuje równiez uklad trójsklad¬ nikowy. Zastosowane równiez tutaj, w odniesieniu do takiej mieszaniny dwu- lub trójskladnikowej, 124 736 #3 124 736 4 okreslenie „bogata" w odniesieniu do amoniaku dotyczy mieszaniny, z której w przypadku dopro¬ wadzenia ciepla bedzie sie ulatnial zasadniczo czy¬ sty gazowy amoniak do momentu, az pozostala mie- iszanima osiagnie sklad lezacy na linii granicznej (^kreslonej ponizej). Z drugiej strony okreslenie „ mifeSzafllnaMiie jest „bogata" w amoniak.Odwrotnie okreslenie „bogata" w odniesieniu do dwutlenku wegla dotyczy mieszaniny, z której w przypadku doprowadzenia ciepla bedzie sie ulat¬ nial zasadniczo czysty dwutlenek wegla. Okreslenie „uboga" w odniesieniu do dwutlenku wegla ozna¬ cza, ze mieszanina nie jest „bogata" w dwutlenek wegla.Fig. 1 przedstawia wykres trójkatny dla trój¬ skladnikowego ukladu amoniak—dwutlenek wegla— woda pod stalym cisnieniem. Wykres ten jest po¬ dzielony na dwa obszary linia III, okreslana w ni¬ niejszym opisie jako „linia graniczna", przedsta¬ wiajaca sklad azeotropu pod stalym cisnieniem przy róznych stezeniach wody. Linii granicznej nie mozna przekroczyc przez zastosowanie metod desty¬ lacji normalnej lub rektyfikacji.Tak wiec przy rektyfikacji cieklej mieszaniny bogatej w amoniak, tzn. lezacej w obszarze I na fig. 1, ulatnia sie gazowy amoniak do momentu, az ciecz osiagnie sklad lezacy na linii granicznej.Przy rektyfikacji mieszaniny bogatej w dwutlenek wegla, tzn. lezacej w obszarze II na fig. 1, utlenia sie gazowy dwutlenek wegla do momentu, az ciecz osiagnie sklad odpowiadajacy linii granicznej.Jesli sklad cieklej mieszaniny lezy na linii gra¬ nicznej, to w wyniku dalszej rektyfikacji lub de¬ stylacji pod stalym cisnieniem uzyskuje sie mie¬ szanine gazowa wszystkich skladników, ale sklad poaoslale} cieklej mieszaniny nie opusci linii gra¬ nicznej. Patrz równiez P. J. C. Kaasenbrood, Che- indcal Reaction Engineering, Proseedings of the Fourth European Syimposium, Sept. 9—11, 1968, Pergaimon Press (1971), strony 317—328.Zaproponowano rózne sposoby obejscia tego azeo¬ tropu. Wszystkie one maja na celu rozdzielenie mieszanin amoniaku i dwutlenku wegla na poszcze¬ gólne skladniki. Oddzielne odzyskanie amoniaku jest najistotniejsze, gdyz jest to najcenniejszy skladnik.Pewne z tych metod polegaja na selektywnej absorpcji amoniaku lub dwutlenku wegla w cieczy.W holenderskim zgloszeniu patentowym nr 143 063 opisano np. sposób, wedlug którego amoniak absor¬ buje sie w wodnym roztworze soli amonowej moc¬ nego kwasu, takiej jak azotan amonowy, pod zwiekszonym cisnieniem. Selektywna absorpcje dwutlenku wegla przez przemywanie mieszaniny gazowej wodnym roztworem alkanoloaminy, takiej jak jednoetanoloaminy, przedstawiono w niemiec¬ kim opisie patentowym nr 669 314. Wszystkie te metody maja jednak te wade, ze zaabsorbowany skladnik musi byc nastepnie usuniety z absorbentu i oczyszczony.Zaproponowano ponadto wydzielanie amoniaku i dwutlenku wegla z mieszanin amoniaku, dwutlenku wegla i wody przez oddestylowanie wiekszosci a- mondalcu w pierwszym etapie, a nastepnie oddesty¬ lowanie wiekszosci dwutlenku wegla w drugim eta¬ pie prowadzonym pod wyzszym cisnieniem w ukla¬ dzie. Okreslenie „cisnienie w ukladzie" oznacza tu¬ taj sume cisnien czastkowych amoniaku, dwutlenku 5 wegla i wody. Sposoby tego typu opisane sa w opisach patentowych St. Zjedn. Am. nr 3112177 i nr 4060 591 oraz w brytyjskich opisach patento¬ wych nr 916 945 i nr 1129 939.W opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 3112177 io opisano sposób, wedlug którego pierwszy etap pro¬ wadzi sie pod cisnieniem absolutnym w ukladzie od 100 do 500 kPa, w którym nastepuje oddziele¬ nie gazowego dwutlenku wegla z mieszaniny amo¬ niaku, dwutlenku wegla i wody, ubogiej w amo- 15 niak. Pozostala ciecz odpedza sie nastepnie np. me¬ tanem, pod ogólnym cisnieniem absolutnym lOGkPa.W wyniku tego nastepuje obnizenie cisnienia w ukladzie i ulatnianie sie amoniaku i czesci dwutlen¬ ku wegla, tak, ze uzyskuje sie mieszanine metanu, 20 amoniaku i dwutlenku wegla pod ogólnym cis¬ nieniem absolutnym 100 kPa. W celu usuniecia sla¬ dów dwutlenku wegla zawartego w mieszaninie ga¬ zowej czesc mieszaniny skrapla sie powodujac za¬ absorbowanie dwutlenku wegla przez ciekly amo- 25 niak.W opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 4 060 591 opisano sposób wydzielania NHj z wodnych mie¬ szanin zawierajacych równiez C02 i H2O, wedlug którego mieszanine najpierw odkwasza sie przez 30 odpedzenie C02 pod zwiekszonym cisnieniem. Z pozostalej cieczy odpedza sie nastepnie caly NH3, CO2 i H20 uzyskujac mieszanine gazowa, która przemywa sie lub odpedza pod obnizonym cisnie¬ niem, w stosunku do cisnienia w etapie odkwasza- 35 nda, uzyskujac gazowy strumien czystego amonia¬ ku.Podobny proces opisano w brytyjskim opisie pa¬ tentowymi nr 916 945, w tetórym ciecz amoniakalna odkwasza sie pod zwiekszonym cisnieniem w ko- 40 lumnie, w której z unoszacego sie do góry gazu wyplukuje sie amoniak zimna Nwoda, uzyskujac ga¬ zowy dwutlenek wegla. Pozostala ciecz rozpreza sie nastepnie w kolumnie odpedowej, w której u- walnia sie ja od calego amoniaku i dwutlenku we- 45 gla. Uzyskana mieszanine gazowa plucze sie lub przemywa caloscia lub czescia strumienia cieczy amoniakalnej przed jej odkwaszaniem, uzyskujac zasadniczo czysty strumien amoniaku.Wedlug brytyjskiego opisu patentowego nr 50 1,129 939 mieszanine gazowa skladajaca sie z amo¬ niaku i dwutlenku wegla, bogata w amoniak, ab¬ sorbuje sie w wodzie lub w roztworze wodnym.Z uzyskanego wodnego roztworu oddestylowuje sie amoniak pod cisnieniem atmosferycznym. Pozosta- 55 ly roztwór poddaje sie nastepnie destylacji frak¬ cjonowanej pod cisnieniem absolutnym 500 do 2000 kPa, ogrzewajac w celu usuniecia dwutlenku wegla.Te ostatnie procesy oparte sa na zasadzie, ze •• zmieniajac cisnienie w ukladzie amoniaku, dwu- tleniku wegla i wody mozna oddzielic amoniak pod nizszym cisnieniem, a dwutlenek wegla pod wyfc- szym cisnieniem. W tych procesach z „róznica ci¬ snien" cisnienie w ukladzie w strefie oddzielania «* dwutlenku wegla powinna byc* co najmniej dwu-124 736 krotnie wieksze, niz w strefie oddzielania amo¬ niaku.Korzystnie stosunek cisnien w ukladzie w stre¬ fach oddzielania amoniaku i dwutlenku wegla po¬ winien wynosic od okolo il: 5 do 1 :20, jezeli roz- s dzielanie ma byc przeprowadzone bez zaklócen.Procesy z róznica cisnien maja jednak te wade, ze w przypadku, gdy mieszaniny amoniaku i dwu¬ tlenku wegla dos.epne sa pod cisnieniem przewyz¬ szajacym 100 kPa, nalezy je najpierw rozprezyc 10 do 100 kPa. Nastepnie wydziela sie gazowy amo¬ niak posiadajacy co najwyzej cisnienie 100 kPa, lub nawet nizsze, w przypadku obecnosci duzych ilosci innego gizu. Jezeli amoniak przeznaczony jest do dalszej przeróbki, np. w procesie syntezy 15 moclnika, nalezy go najpierw sprezyc do wysokie¬ go cisnienia. Wymaga to zuzycia znacznych ilosci energii. Ponadto stezenie dwutlenku wegla w amo¬ niaku nalezy utrzymywac na bardzo niskim pozio¬ mie, aby zapobiec tworzeniu sie i osadzaniu sta- «§ lego karbaminianu amonowegp w sprezarce i prze¬ wodach wysokiego cisnienia.Alternatywny sposób nie wymagajacy stosowa¬ nia róznicy cisnien opisany jest w holenderskim zgloszeniu patentowym nr 76121C3. Sposobem opi- t» sianym w tym zgloszeniu mozna oddzielnie odzy¬ skac amoniak i dwutlenek wegla z ich mieszanin, bez koniecznej róznicy cisnien, jesli strumien za¬ wierajacy amoniak i dwutlenek wegla wprowadza¬ ny do strefy oddzielania dwutlenku wegla roz- M ciencza sie przez dodanie wody w ilosci 0,2—6- -krotnej, wagowo, w stosunku do ilosci amoniaku i dwutlenku wegla, zawartych w strumieniu. Dla Ugoszczenia ten ostatni proces bedzie w niniej¬ szym opisie okreslany jako „proces z rozciencza- M niem".Zgodnie z jednym z rozwiazan procesu z rozcien¬ czaniem, z mieszaniny amoniaku, dwutlenku wegla i ewentualnie wody, bogatej w amoniak, oddziela sie najpierw amoniak zasadniczo nie zawierajacy m dwutlenku wegla i wody, w strefie oddzielania amoniaku. Z pozostalej fazy cieklej opuszczajacej dól strefy oddzielania amoniaku, oddziela sie dwu¬ tlenek wegla w istrefie oddzielania dwutlenku, we¬ gla, przy czym faze ciekla ze strefy oddzielania u amoniaku wprowadzana do strefy oddzielania dwu¬ tlenku wegla rozciencza sie 0,2—6-krotnie, wagowo, iloscia wody.Zgodnie z innym rozwiazaniem procesu z rozcien¬ czaniem, z mieszaniny amoniaku, dwutlenku wegla •* i ewentualnie wody, ubogiej w amoniak, oddziela sie najpierw dwutlenek wegla zasadniczo nie za¬ wierajacy amoniaku i wody, w strefie oddzielania dwutlenku wegla. Wyczerpana faze ciekla z dolu strefy oddzielania dwutlenku wegla wprowadza sie m do strefy desorpcji, w której ulega desorpcji zasad¬ niczo caly amoniak i dwutlenek wegla, po czym uzyskana faze gazowa wprowadza sie do strefy oddzielania amoniaku.Z fazy tej w strefie oddzielania amoniaku odzy- *° skuje sie amoniak zasadniczo nde zawierajacy dwu¬ tlenku wegla i wody, a uzyskana faze ciekla wpro¬ wadza sie do strefy oddzielania dwutlenku wegla.Do strefy oddzielania dwutlenku wegla wprowadza sie wode rozcienczajaca w ilosci 0,2—0-krotnej, •* wagowo, w stosunku do lacznej ilosci calkowitej wyjsciowej mieszaniny poddawanej rozdzielaniu i wyczerpanej fazy cieklej ze strefy oddzielania amo¬ niaku wprowadzanej do strefy oddzielania dwu¬ tlenku wegla.Zgodnie z jeszcze innym rozwiazaniem procesu z rozcienczaniem, w przypadku, gdy mieszanina za¬ wierajaca amoniak i dwutlenek wegla, przeznaczo¬ na do rozdzielania, zawiera równiez znaczna ilosc" wody, moze okazac sie korzystne wprowadzenie tej mieszaniny najpierw do strefy desorpcji, w której ulegna zdesorbowaniu amoniak i dwutlenek wegla, wprowadzane nastepnie wraz z czescia pary wod¬ nej do strefy oddzielania amoniaku.Ze szczytu strefy oddzielania amoniaku uzysku¬ je sie amoniak zasadniczo nie zawierajacy dwutlen¬ ku wegla i pary wodnej, natomiast wyczerpana fa¬ ze ciekla zawierajaca amoniak, dwutlenek wegla i wode wprowadza sie do strefy oddzielania dwu¬ tlenku wegla. Do strefy oddzielania dwutlenku we¬ gla wprowadza sie równiez wode rozcienczajaca w ilosci okolo 0,2—6-krothej, wagowo, w stosunku do calkowitej ilosci wyczerpanej fazy cieklej ze strefy oddzielania amoniaku wprowadzanej do stre¬ fy oddzielania dwutlenku wegla. Ze szczytu stre¬ fy oddzielania dwutlenku wegla uzyskuje sie dwu¬ tlenek Wegla zasadniczo nie zawierajacy amoniaku i wody, natomiast wyczerpana faze ciekla z dolu strefy oddzielania dwutlenku wegla wprowadza sie do strefy desorpcji.Zarówno w procesie z róznica cisnien, jak i w procesie z rozcienczaniem, sklad wyczerpanej fazy cieklej z dna strefy oddzielania amoniaku powi¬ nien osiagnac linie graniczna odpowiadajaca skla¬ dowi azeotropu w panujacych warunkach, lub ma¬ ksymalnie zblizyc sie do niej, aby zwiekszyc do maksimum wydajnosc rozdzielania. Oznacza to, ze ilosc amoniaku w dalszym ciagu wystepujaca w fazie cieklej jest znaczna, co jest niepozadane ze wzgledów energetycznych. Amoniak ten negatyw¬ nie wplywa na skutecznosc oddzielania w strefie oddzielania dwutlenku wegla, 4o której jest wpro¬ wadzany, co z kolei powoduje koniecznosc dostar¬ czenia znacznych ilosci energii do strefy desorpcji.Celem wynalazku jest opracowanie ulepszonego sposobu wydzielania zasadniczo czystego amoniaku i zasadniczo czystego dwutlenku wegla z ich mie¬ szanin z woda, pozwalajacego na znaczne oszczed¬ nosci energii.Zmiany skladu strumienia wprowadzanego do strefy oddzielania amoniaku maja duzy wplyw na sprawnosc energetyczna oddzielania. W rezultacie oddzielaniewymaga bardzo czulego ukladu pomk- ayywego i regulujacego.Innym celem wynalazku jest opracowanie ulep¬ szonego sposobu wyzej opisanego rodzaju, który jest nieczuly na zmiany skladu strumienia wpro¬ wadzanego do strefy oddzielania amoniaku.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze do dolnej czesci strefy oddzielania amoniaku wprowa¬ dza sie gazowy dwutlenek wegla rab gazowa mie¬ szanine zawierajaca dwutlenek wegla, w takie} Ilo¬ sci, ze faza ciekla wydzielajaca sie w dolnej cze¬ sci strefy oddzielania amoniaku ma sklad lezacy nie po tej stronie linii granicznej, po której znaj-t duje sie obszar bogaty w amoniak. W odniesieniu d6 fig. 1 nalezy dodac taka ilosc dwutlenku wegla, aby przesunac sklad wyczerpanej fazy cieklej od¬ prowadzanej ze strefy oddzielania amoniaku z ob¬ szaru I do skladu lezacego w obszarze II lub na linii granicznej.Ilosc dwutlenku wegla niezbedna do osiagniecia tego celu równa jest zazwyczaj okolo 0,01—0,2, a korzystnie 0,02—0,1-krotnej, wagowo, ilosci wyczer¬ panej fazy cieklej odprowadzanej ze strefy oddzie¬ lania amoniaku. Faze te wprowadza sie nastepnie do strefy oddzielania dwutlenku wegla. Calkowita ilosc fazy gazowej zawierajacej dwutlenek wegla, wprowadzanej : do dolnej czesci strefy oddzielania amoniaku, zalezy miedzy innymi od pozadanego efektu. Ilosc dwutlenku wegla, która mozna wpro¬ wadzic, ma jednak górna granice, okreslona przez punkt, w którym w -kolumnach i na przewodach zaczyna' sie osadzac staly karbaminian amonowy lub inne stale zwiazki, co nastepuje zazwyczaj wówczas, gdy wprowadzi sie zbyt duzo dwutlenku wegla.Przy prowadzeniu znanych procesów rozdzielania w )olaczendu ze sposobem wedlug wynalazku zu¬ zycie energii staje sie znacznie mniejsze, a wy¬ dajnosc i skutecznosc rózdzdielanda staje sie rzeczy¬ wiscie niecarula na fluktuacje skladu mieszaniny wprowadzanej do strefy oddzielania amoniaku.Ponadto przez zastosowanie ulepszonego sposobu wedlug wynalazku mozna osiagnac zmniejszenie ilosci' cieklych strumieni, które trzeba zawracac po¬ przez rózne strefy rozdzielania.'Faze gazowa zawierajaca dwutlenek wegla sta¬ nowi korzystnie czesc odlotowego dwutlenku wegla ze strefy oddzielania dwutlenku wegla. Mozna jednak wykorzystac równiez mieszanine gazowa zawierajaca dwutlenek wegla i amoniak.W takim przypadku konieczne jest, aby stosu¬ nek dwutlenku wegla do amoniaku w takiej mie¬ szaninie gazowej byl wiekszy od stosunku wegla do'amoniaku w gazie bedacym w równowadze z wyczerpana faza ciekla uzyskiwana z dna strefy oddzielania amoniaku. W innym przypadku nie be¬ dzie mozna przekroczyc linii granicznej.W korzystnym rozwiazaniu wedlug wynalazku fa¬ za gazowa zawierajaca dwutlenek wegla zawiera obok dwutlenku wegla równiez pewna ilosc gazu obojetnego, korzystnie powietrza lub azotu. Sto¬ sunek wagowy dwutlenku wegla do gazu obojetne¬ go wynosi korzystnie od 30:70 iip 70:30.Wprowadzanie gazu obojetnego w ilosci wiekszej o4 ilosci zazwyczaj wprowadzanej z gazami w ce¬ lu pasywacji materialów ze atali nierdzewnej, ma te zalete, ze w obecnosci takiego gazu obojetnego wystepuje tendencja do zmniejszania sie ilosci .amoniaku pozostajacego w wyczerpanej fazie cie¬ klej odprowadzanej ze strefy oddzielania amonia¬ ku. Jak to zaznaczono powyzej, w wyniku tego uzyskuje sie korzystne zmniejszenie zuzycia ener¬ gii, zwlaszcza w etapie desorpcji < Kolejna zaleta obecnosci dodatkowych ilosci ga¬ zu obojetnego jest to, ze temperatura dolnej czes¬ ci kolumny amoniakalnej ulega obnizeniu, co umo¬ zliwia, bardziej ekonomiczne zuzycie ciepla zawar- 4736 S tego w róznych cieklych i gazowych strumieniach otrzymywanych w czasie operacji oddzielania.Tfrzecia zaleta jest to, ze stosunek gazu do cie¬ czy je*t korzystniejszy, w wyniku czego wydaj- 5 nosc rozdzielania ulega zwiekszeniu. W wyniku zwiekszonej wydajnosci rozdzielania zwiekszyc mo¬ zna calkowita ilosc mieszaniny poddawanej roz¬ dzielaniu, albo tez zmniejszyc wymiary kolumny stosowanej do rozdzialu. Znacznie zmniejsza sie 10 ponadto zaleznosc zuzycia energii niezbednej do rozdzielania od konkretnego skladu fazy cieklej odprowadzanej z dolu strefy oddzielania amonia¬ ku.Cisnienia w róznych strefach oddzielania po¬ winny korzystnie wynosic od okolo 50 do okolo 5 000 kPa. Stosowanie cisnienia okolo 1800 kPa lub wyzszego, w zaleznosci od temperatury wody chlo¬ dzacej, w strefie oddzielania amoniaku, co zosta¬ nie wyjasnione ponizej, ma te zalete, ze oddzielo- 20 ny amoniak imozria wzglednie latwo skroplic, bez ponoszenia znacznych kosztów, stosujac do chlo¬ dzenia wode chlodzaca.W sposobie z rozcienczaniem cisnienie _w ukla¬ dzie w strefie oddzielania dwutlenku wegla moze byc takie samo jak w strefie oddzielania amonia¬ ku, lecz moze byc, ono równiez wyzsze. Korzy¬ stnie jednak cisnienie w ukladzie w strefie od¬ dzielania dwutlenku wegla nie powinno byc wie¬ cej, niz dwukrotnie wyzsze, niz cisnienie w, ukla- ^lzie w strefie oddzielania amoniaku.Temperatury utrzymywane w róznych strefach oddzielania zaleza od cisnien, skladu wprowadza¬ nych mieszanin oraz zadanej czystosci oddzielanych produktów. W sposobie z rozcienczaniem, w przy¬ padku, gdy w strefach oddzielania stosuje sie ko¬ lumny rektyfikacyjne, temperatury zazwyczaj mie¬ szcza sie w granicach podanych w ponizszej ta¬ blicy. ¦" oddzielanie NH3 oddzielanie CO2 dól +60 do +170°C +75do+200°C szczyt ¦ y —35 do +66°C 0 do +1Ó0°C Temperatury w strefie desorpcji sa równiez uwa¬ runkowane cisnieniami, skladem (mieszaniny wpro- W wadzanej do strefy i wyonaganiami odnosnie czy¬ stosci (ilosci amoniaku i dwutlenku wegla) zde- sorbwwanej wody odprowadzanej z dolu tej strefy.Zazwyczaj wybiera sie tafcie temperatury, aby by¬ ly one wyzsze od temperatury wrzenia fazy ciek- *5 lej poddawanej desorpcji pod stosowanym cis¬ nieniem.Stosujac sposób wedlug wynalazku w polacze¬ niu ze; sposobem' z róznic^ cisnien, cisnienie w ukladzie w strefie oddzielania dwutlenku wegla ^ powdnno byc-co najmniej dwa razy wieksze, niz cisnienie w ukladzie w strefie oddzielania amo¬ niaku. Dla ' zapewnienia jednak lagodnego prze¬ biegu procesu korzystne jest, aby stosunek cisnie¬ nia w ukladzie w strefie oddzielania dwutlenku •5 wegla do cisnienia w ukladzie w strefie oddziela*124 T36 9 10 ma amoniaku wynosil od 1:5 do 1:20. Równiez w tym przypadku temperatury utrzymywane w róz¬ nych strefach oddzielania zaleza od Stosowanych cisnien, skladu wprowadzanych mieszanek i zada¬ nej czystosci oddzielanych produktów. 5 Przy stosowaniu metody z róznica cisnien moze równiez okazac sie w pewnych przypadkach ko¬ rzystne wprowadzanie pewnej ilosci wody do stre¬ fy oddzielania dwutlenku wegla dla ulatwienia od¬ dzielania. W takim przypadku ilosc dodawanej wo- 10 dy rozcienczajacej zalezy od wielu • czynników, ta^ kich jak róznica cisnien miedzy strefami oddzie¬ lania dwutlenku wegla i amoniaku oraz sklady róz¬ nych strumieni zasilajacych. - Okreslenie „zasadniczo czysty" oznacza, ze wiek- i* sza czesc gazu lub cieczy oddzielonych w danej strefie sklada sie z jednego skladnika, ten. NH3 lub C02. Korzystnie ilosc C02 w oddzielonym NHj jest . nie wieksza niz 500 czesci na imilion (wagowo), a 20 ilosc wody jest nie wieksza niz 7500 czesci na mi¬ lion (wagowo), w szczególnosci ilosci te sa nie wieksze ódjpowiednio niz 100 i 2000 czesci na mi¬ lion (wagowo).Ilosc NH3 w COj jest korzystnie nie wieksza niz 45 500, w szczególnosci nie' wieksza niz 100 czesci na milion (wagowo). Ilosc wody jest raczej niewazna lecz z ekonomicznego punktu widzenia nie powin¬ na przekraczac 20000, w szczególnosci 2000 czesci na milion (wagowo). ao Wybór etapu rozdzielania, do którego najpierw kieruje sie mieszanine poddawana oddzielaniu, za¬ lezy miedzy innymi od skladu tej mieszaniny, I tak, jesli jest ona bogata w amoniak (w obszarze I na fig. 1), wówczas najkorzystniej wprowadza 55 sie ja do strefy oddzielania amoniaku. Z drugiej strony, jesli jest ona uboga w amoniak (na linii granicznej III lub w obszarze II na fig. 1), wów¬ czas najkorzystniej wprowadza sie ja najpierw do strefy oddzielania dwutlenku wegla. Jesli nato- 40 miast mieszanina poddawana rozdzielaniu jest bo¬ gata w amoniak i zawiera ponadto znaczna ilosc wody, moze okazac v. sie, ze najkorzystniejsze jest wprowadzenie jej najpierw do etapu desorpcji.Strefy amoniaku i dwutlenku wegla moga stano- 43 wic urzadzenia dowolnego typu nadajace sie do rozdzielania gazowych i cieklych skladników spo¬ sobem wedlug wynalazku, obejmujace kolumny do rektyfikacji, destylacji i przemywania, ale nie 0- graniezone do tych urzadzen. Korzystnie jednak s& w ulepszonym procesie wedlug niniejszego wy* nalazku stosuje sie kolumny rektyfikacyjne lub kolumny zawierajace strefy rektyfikacji.Mimo, iz wprowadzac mozna pewne zmiany w przeplywach miedzy róznymi strefami oddzielania 55 w metodzie rozdzielania, w której stosuje sie niniejszy wynalazek, jednak w dalszym ciagu beda one objete zakresem i istota tego wynalazku.Fig. 1 przedstawia wykres ukladu NH3(C02H20 pod stalym cisnieniem, szczególowo opisany powy- 00 zej.Fig. 2 przedstawia schemat procesu wedlug wy¬ nalazku w polaczeniu z metoda rozcienczania, w którym strefy oddzielania NH3 i C02 pracuja pod *prawie takim samym cisnieniem. < Fig. 3 przedstawia schemat analogicznego proce¬ su, w którym rozdzielanie prowadzi sie pod róz¬ nymi cisnieniami.Jeden z korzystnych wariantów realizacji wyna^ lazku ilustruje fig. 2. Dwutlenek wegla wprowa¬ dza sie do procesu z rozcienczaniem, w którym .strefy oddzielania amoniaku i dwutlenku wegla pracuja zasadniczo pod takim samym cisnieniem.Na fig, 2 strefe oddzielania amoniaku stanowi'ko¬ lumna rektyfikacyjna NH3 3, strefe oddzielania dwutlenku wegla kolumna,.rektyfikacyjna CO2 18, a strefe desorpcji desorber 10. ,: Mieszanine, NH3, C02 i H3O wprowadza sie do kolumny rektyfikacyjnej NH3 3 poprzez przewód 1 i pompe 2. Przewodem 31 do dolnej czesci kor lunany rektyfikacyjnej, NH3 doprowadza sie gaz za¬ wierajacy COg. NHg odprowadza ^sie ze szczytu kolumny 3 pr ewadem 4. Amoniak ten mozna skro¬ plic przez (glebokie) chlodzenie w chlodnicy 5.Z chlodnicy odprowadza sie nieskroplona miesza¬ nine gazowa NHS i gazu obojetnego. Ten gaz obo¬ jetny pochodz Iz powietrza •¦ wprowadzanego do in- stalacji w cela pasywacji materialów konstrukcyj¬ nych zbiomi' ów i przewodów w celu oslabienia korozji do mozliwego do przyjecia poziomu.W tym celu mozna oczywiscie zamiast powie¬ trza stosowac tlen lub substancje wydzielajaca ;tlen. W jednym z wariantów realizacji wynalazku ilosc wprowadzanego powietrza jest o wiele wiek¬ sza od ilosci niezbednej do utrzymania materia¬ lów w stanie pasywacji. W procesie tym powie¬ trze sluzy do zwiekszenia skutecznosci oddziela¬ nia. Czesc powietrza wprowadza sie do, kolumny rektyfikacyjnej NH3 3 poprzez sprezarke 6 i prze¬ wody 7 i 8, a czesc do desorbera 10 przewodem 9. NH3 wydziela sie z 'mieszaniny gazowej z chlo¬ dnicy 5 w skruberze 11 przez przemywanie wo¬ da doprowadzana przewodem 32. Czesc ciepla od¬ biera sie przez schlodzenie czesci uzyskanego wod¬ nego roztworu NH3, który odprowadza sie przez pompe 12' do chlodnicy powrotnej 13 i zawraca do skrubera 11 przewodem 14. Uzyskany w ten spo¬ sób roztwór zawraca sie do kolumny rektyfika¬ cyjnej ItfHa 3 przewodem 15.Gaz obojetny odprowadza sie przewodem 16 i wprowadza do dolnej czesci kolumny rektyfikacyj¬ nej C02 18 przewodem 17. W razie potrzeby moze byc on czesciowo lub calkowicie wypuszczony do atmosfery przewodem 19. Czesc NH3 skroplonego w chlodnicy 5 kieruje sie z powrotem do kolum¬ ny rektyfikacyjnej NH3 i stosuje jako orosienie.Roztwór NH8 oraz CÓ2 w' wodzie odprowadza sie z dolnej czesci kolumny rektyfikacyjne] NH3 3 przewodem 21.Roztwór ten przesyla sie do kolumny rektyfika¬ cyjnej C02 18 pracujacej zasadniczo pod takim samym cisnieniem, jak kolumna rektyfikacyjna NH3 3. Do kolumny 18 wprowadza sie przewo¬ dem 25 pewna1 ilosc wódy. Produkt z dolu desor¬ bera 10 odprowadza sie za pomoca pompy 22 prze¬ wodem 23. W celu zapewnienia lepszego rozpro¬ wadzenia ciepla woda z desorpcji najpierw odda¬ je czesc swego ciepla w dolnej czesci kolumny rektyfikacyjnej CO3 18.Reszte ciepla niezbednego do rektyfikacji dopro- a 16 - 15 i s t . i 20 i *5 1 l L 30 r [ 1 ^ i i ' 40 1 1 SD . M124 736 11 12 wadza sie za pomoca wezownic grzejnych 24 ogrze¬ wanych np. para wodna. Ciekly strumien z prze¬ wodu 23 odprowadza sie, choc czesc jego mozna stosowac jako wode rozcienczajaca. Dodatkowa ilosc wody pluczacej doprowadza sie do kolumny 1$ przewodem 26 w celu mozliwie jak najdokladniej¬ szego usuniecia NH3 z C02. Gaz zawierajacy C02 i ewentualnie gaz obojetny, zasadniczo pozbawio¬ ny NH3, odprowadza sie ze szczytu kolumny 18 przewodem 27.Produkt z dolu, czyli wyczerpana faze ciekla z kolumny 18, która stanowi rozcienczony roztwór NHj i C02 w wodzie, przesyla sie przewodem 28 do desorbera 10. W desorberze 10 usuwa sie za¬ sadniczo caly NH$ i C02 przez ogrzewanie, np. para w wezownicach grzejnych 29. Uzyskana wode podesorpcyjna zasadniczo nie zawierajaca NH3 i C02 odprowadza sie przewodem 23. Gazowa mie¬ szanine NH3, C02 i H20 wytworzona w desorberze 10 kieruje sie do kolumny rektyfikacji NH3 3 przewo¬ dem 30. W powyzszym procesie zastosowano mie¬ szanine NHj, C02 i H20 o Skladzie lezacym w obszarze bogatym w NH3. Gdy sklad mieszaniny wyjsciowej byl ubogi w NHj, strumien zasilajacy powinno sie najpierw wprowadzic do kolumny re¬ ktyfikacyjnej C02.Inny korzystny wariant realizacji wynalazku ilu¬ struje fig. 3. Rektyfikacje C02 prowadzi sie pod cisnieniem wyzszym niz rektyfikacje NHg.Schemat fig. 1 jest wlasciwie taki sam jalk schemat fig. 2 i wszystkie liczby maja takie sa¬ mo znaczenie. Róznica polega na tym, ze na prze¬ wodach 17 i 21 zainstalowano odpowiednio spre¬ zarke A i pompe B w celu zwiekszenia cisnienia strumienia gazu i cieczy. Ponadto na przewodzie 30 znajduje sie zawór redukcyjny C, w którym ule¬ ga rozprezeniu czesc gazowej mieszaniny z desor¬ bera 10.W tym przypadku kolumna desorpcyjna 10 pracu¬ je pod wlasciwie takim samym cisnieniem w ukla¬ dzie, jak kolumna do {rektyfikacji COs. Na prze¬ wodzie 18 znajduje sie ponadto zawór redukcyj¬ ny D, sluzacy do obnizania cisnienia czesci wpro¬ wadzanego powietrza.Trzeci wariant realizacji wynalazku z wykorzy¬ staniem metody z róznica cisnien mozna równiez przeprowadzic w urzadzeniu przedstawionym na fIg. 3. W tym przypadku cisnienie, pod którym prowadzi sie oddzielanie C02 jest co najmniej dwu¬ krotnie, a korzystnie pieciokrotnie wieksze, niz ci¬ snienie, pod którym prowadzi sie oddzielanie NHj.W tym przypadku do strefy oddzielania C02 nie potrzeba dodawac rozcienczalnika, stosowanego w metodzie z rozcienczaniem.Wynalazek zostanie dokladniej przedstawiony za pomoca nastepujacych przykladów.Przyklad I. Zasadniczo czysty NH3 i zasadni¬ czo czysty C02 oddziela sie z mieszaniny NH3, CO* i H20 w instalacji, której schemat przedsta¬ wia fig. 3.Podane liczby dotycza fig. 3, analogicznie do podanego wyzej opisu fig. 2. Wszystkie procen¬ ty sa procentami wagowymi. Podane cisnienia do¬ tycza cisnienia w ukladzie NHs/C02/H20. Cisnie- 10 15 nie rzeczywiste moze byc nieznacznie wyzsze ze wzgledu na obecnosc gazu obojetnego.Dó kolumny rektyfikacyjnej NH3 3 wprowadza sie pod cisnieniem 1800 kPa 56489 kg/h roztworu NH3 i C02 w wodzie, zawierajacego 32,8% NH3, 18,3% C02 i 48,9% wody. Za pomoca sprezarki 6 wprowadza sie powietrze w ilosci 635 kg/h, z czego 248 kg/h do kolumny rektyfikacyjnej NH2 3, a 387 kg/h do desorbera 10. Przewodem 31 wprowadza sie do kolumny rektyfikacyjnej NH3 2000 kg/h C02. Do kolumny tej wprowadza sie równiez z desorbera 10, po rozprezeniu w zawo¬ rze C, (mieszanine gazowa zawierajaca 58,2% NH3, 14,1% C02, 27,7% H20 i 1,5% gazu obojetnego, w -ilosci 27026 kg/h. Ze szczytu kolumny 3 odprowa- * dza Sie mieszanine gazowa zawierajaca 98,0% NH3, 0,3% H2O i 1,7% gazu obojetnego, w ilosci 38180 kg/h.Czesc tej gazowej mieszaniny skrapla sie przez chlodzenie w chlodnicy 5, przy czym 17824 kg/h cieklego NH3 zawraca sie do kolumny 3 jako oro- sienie, a 18528 kg/h cieklego NH3 odprowadza sie.Z chlodnicy 5 odprowadza sie 2464 kg/h miesza¬ niny gazowej zawierajacej 74,2% NH3 i 25,8% ga¬ zu obojetnego. Mieszanine te przemywa sie w skru- berze 11 woda w ilosci 2200 kg/h. Cieplo ze skru- bera 11 odprowadza sie poprzez chlodnice powrot¬ na 13. W ciagu godziny do kolumny rektyfikacyj¬ nej NH3 zawraca sie 4029 'kg roztworu zawiera¬ jacego 45,4% NH3 i 45,6% H2O. 635 kg/h gazu obo¬ jetnego przesyla sie przewodami 16 i 17 poprzez aprezarke A do kolumny rektyfikacyjnej C02 18.Z dna kolumny rektyfikacyjnej NH3 3 poprzez przewód 21 i pompe B do kolumny rektyfikacyj¬ nej C02 18 wprowadza sie 69180 kg/h cieczy o okladzie 22,7% NH3, 23,4% C02 i 53,9% H20. Ko¬ lumne 18 zasila sie poprzez przewody 25 i 26 woda w ilosci 34079 kg/h.Ze szczytu kolumny rektyfikacyjnej C02 18 od¬ prowadza sie mieszanine gazowa w ilosci 12337 kg/h, zawierajaca miedzy innymi 93,2% C02 i mniej niz 100 ppm NH5. Z dolu kolumny 18 prze¬ syla sie do desorbera 10 90913 kg/h roztworu o skladzie 78,5% H20, 17,3% NH8 i 4,2% C02. Sklad tej mieszaniny lezy po tej stronie linii granicz¬ nej, po której znajduje sie obszar ibogaity w C02.W desorberze z roztworu praktycznie calkowicie usuwa sie NH3 i C02 za pomoca pary wodnej. Z desorbera odprowadza sie 63892 kg/h cieczy, która mozna uzyc np. do absorpcji NH3 i C02, albo czesciowo jako wode rozcienczajaca w strefie do oddzielania 002.Przyklad II. Zasadniczo czysty NH3 i zasad¬ niczo czysty C02 oddziela sie z mieszaniny NH3, C02 i H20 w instalacji, której schemat przed¬ stawia fig. 3, przy czym do kolumny rektyfikacyj¬ nej NHj wprowadza sie zarówno C02, jak i powie¬ trze. Liczby dotycza fig. 3, a wszystkie procenty sa procentami wagowymi.Pod cisnieniem 1800 kPa wprdwadza sie 51972 kg/h roztworu NH3 i C02 w wodzie, o skladzie 33,4% NH3, 18,2% C02 i 48,4% wody, do kolumny rektyfikacyjnej NH3 3. 2387 kg/h powietrza wpro¬ wadza sie do ukladu za pomoca sprezarki 6, z czego 2000 kg/h do kolumny rektyfikacyjnej NH51241 13 3, a 387 kg/h do desorbera 10. Przewodem 31, 2000 k£/h C02 wprowadza sie do kolumny rektyfika¬ cyjnej NH3 3.Do kolumny rektyfikacyjnej NH3 wprowadza sie 5 równiez 22928 kg/h mieszaniny gazowej zawieraja¬ cej 57,7