PL189310B1 - Sposób przetwarzania gazów odlotowych zawierających amoniak i dwutlenek węgla - Google Patents

Abstract

1. Sposób przetwarzania gazów odlotowych zawierajacych amoniak i dwutlenek wegla, zwlaszcza gazów odlotowych z procesu produkcji melaminy, w którym gazy odlo- towe kieruje sie do reaktora-absorbera pracujacego pod cisnieniem 5-15 MPa i w tempe- raturze 160-180°C, w którym zachodza procesy chemisorpcji i absorpcji podczas barbota zu przez warstwe cieczy, a otrzymane ciekle produkty tych procesów wyprowadza sie z reaktora absorbera i kieruje do instalacji syntezy mocznika, natomiast gazowe produkty odprowadza sie z procesu, znamienny tym, ze reaktor-absorber zasila sie kondensatem pro- cesowym z ewentualnym dodatkiem mocznika, a ponadto ciekle produkty odpadkowe z reak- tora-absorbera spreza sie do okolo 23 MPa i podaje do reaktora syntezy mocznika. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania gazów odlotowych zawierających amoniak i dwutlenek węgla.

W przemyśle chemicznym przy niektórych technologiach, na przykład wysokociśnieniowej metodzie syntezy melaminy wytwarzane są znaczące ilości gazów odlotowych zawierających zasadniczo amoniak i dwutlenek węgla. Gazy te opuszczające instalację technologiczną znajdują się i wyprowadzane są z instalacji pod wysokim ciśnieniem rzędu 10 MPa, w wysokiej temperaturze rzędu 200 °C. Ich zagospodarowanie bądź degradacja stanowi istotny problem techniczny, technologiczny a zwłaszcza problem związany z ochroną środowiska. Jego zabezpieczenia przed nadmiernym obciążeniem a przy tym wielkości zrzutu określane są dopuszczalnymi stężeniami i dopuszczalnymi wielkościami bardzo rygorystycznie egzekwowanymi.

Jak dotąd nie znaleziono metod i sposobów na ich pełne i zasadne technicznie i technologicznie zagospodarowanie. Stosowane są różne, mniej lub bardziej poprawne technicznie i technologicznie sposoby zagospodarowania przynajmniej częściowego tych gazów. Jednak

189 310 jak dotąd nie ma ani w literaturze technicznej ani patentowe , a także w stosowanych procesach przemysłowych pełnego poprawnego technicznie i opłacalnego ekonomicznie sposobu ich wykorzystania bądź degradacji.

Stosowane są metody polegające na absorpcji tych gazów w wodzie, a następnie ich rozdzielaniu na poszczególne składniki w desorberach. Taki sposób proponuje metoda Chemie Linz. Inną metodą stosowaną w instalacjach do produkcji melaminy powiązanych z instalacjami do produkcji mocznika jest podawanie, otrzymywanego w wyniku absorpcji roztworu, wprost do reaktora syntezy w instalacji do produkcji mocznika. Jeszcze inną metodąjest możliwość przesyłania i zawracania gorących gazów odlotowych wprost do reaktora syntezy mocznika.

Metody te jednak mają poważne wady i często nie są i nie mogą być w pełni wykorzystane w rozwiązaniach i procesach stosowanych przemysłowo.

Pierwsza z tych metod jest energetycznie zbyt kosztowna. Druga powoduje straty w produkcji mocznika spowodowane tym, że wprowadzanie dużych ilości wody - a tak jest w tej metodzie - wraz z roztworem do reaktora syntezy mocznika powoduje obniżenie stopnia przereagowania substratów stosowanych do produkcji mocznika. Trzecia metoda polegająca na zawracaniu, podawaniu gorących gazów odlotowych wprost do reaktora syntezy mocznika jest technicznie bardzo trudna, bo należałoby gazy te wcześniej sprężać, bowiem ich ciśnienie na wylocie jest z reguły niższe od ciśnienia panującego w reaktorze syntezy mocznika, jednak sprężanie tych gorących gazów zawierających amoniak i dwutlenek węgla jest bardzo niebezpieczne. W jego trakcie bowiem może wytrącać się krystaliczny karbaminian amonu podczas tego procesu i może to powodować zniszczenie urządzeń sprężających.

W opisie patentowym GB-1148767, dotyczącym procesu produkcji melaminy w skojarzeniu z produkcją mocznika, gazy odlotowe z syntezy melaminy poddaje się absorpcji w recyrkulowanym roztworze karbaminianu amonu w warunkach 130-160°C i 6-15 MPa, po czym powstały stężony roztwór karbaminianu amonu wykorzystuje się w instalacji produkcji mocznika. Ciepło jawne strumienia gazów odlotowych oraz ciepło tworzenia karbaminianu amonu są wykorzystywane do rozkładu nieprzereagowanego karbaminianu amonu oraz do wytwarzania pary.

W opisie patentowym US-3723430 ujawniony jest sposób wykorzystania gazów odlotowych z syntezy melaminy do syntezy mocznika poprzez najpierw niskociśnieniową syntezę mocznika z gazów odlotowych a następnie wprowadzenie produktu tej syntezy do aparatu rozkładowego stanowiącego pierwszy etap rozkładu karbaminianu amonu w instalacji wysokociśnieniowej syntezy mocznika (180-210°C i 18-30 MPa). Wadą tego sposobu jest konieczność stosowania oddzielnego aparatu do separacji nadmiaru amoniaku ze strumienia po niskociśnieniowej syntezie mocznika, co zwiększa nakłady inwestycyjne.

Celem wynalazku jest usunięcie wszystkich tych niedogodności i problemów technicznych i technologicznych wynikających z zagospodarowania gazów odlotowych zawierających dwutlenek węgla i amoniak i zaproponowanie rozwiązania, które pozwoli na wykorzystanie tych gazów. Pozwoli także na zabezpieczenie środowiska naturalnego przed jego obciążeniem, a także pozwoli na poprawne technicznie i technologicznie i zasadne ekonomicznie ich wykorzystanie.

Istota sposobu przekazywania gazów odlotowych według wynalazku polega na skierowaniu ich do reaktora absorbera zasilanego kondensatem procesowym z ewentualnym niewielkim dodatkiem mocznika. Absorber pracuje pod ciśnieniem od 5 MPa do 15 MPa, korzystnie 9-13 MPa w temperaturze od 130°C do 200°C, korzystnie 160°C do 180°C. W absorberze tym zachodzą procesy chemisorpcj i i absorpcji podczas barbotażu przez warstwę cieczy. Otrzymane ciekłe produkty tych procesów są wyprowadzane z reaktora-absorbera i kierowane do instalacji produkcji mocznika - korzystnie do reaktora syntezy mocznika.

Gazowe produkty odpadkowe po procesie absorpcji i chemisorpcj i są odprowadzane z procesu.

Ciśnienie procesu absorpcji i chemisorpcji utrzymywane jest w podanych wyżej przedziałach z tym, że zwykle utrzymywane jest ono na takim samym poziomie lub zbliżonym do ciśnienia gazów odlotowych, opuszczających instalację, z której gazy pochodzą.

189 310

Temperatura absorpcji i chemisorpcji utrzymywana jest i regulowana znanymi sposobami m.in. poprzez wymienniki ciepła. Gazy odlotowe poddawane procesowi absorpcji i chemisorpcji - amoniak i dwutlenek węgla podawane są do absorbera współprądowo lub przeci wprądo wo.

Ilość podawanego do procesu kondensatu procesowego jest ściśle określona i podawana w wielkościach, które są funkcją stopnia wymycia dwutlenku węgla z gazów i służy wyłącznie do zapoczątkowania procesu absorpcji. Tworzący się w absorberze roztwór zawiera mocznik z rozpuszczonym w nim karbinianem amonu oraz około 5% do 25% wody. Produkty procesu absorpcji i chemisorpcji -mocznik wraz z rozpuszczonym w nim karbaminianem, kierowane są do instalacji technologicznej produkcji mocznika. Pozostałości gazów po procesie absorpcji i chemisorpcji odprowadzane są górą reaktora absorbera i w zależności od składu albo usuwane do atmosfery, albo zawracane do procesu. Przy tym o ile są one zawracane do procesu, to wcześniej skrapla się je i separuje. Rozwiązanie będące przedmiotem wynalazku pozwala na zagospodarowanie gazów odlotowych zawierających amoniak i dwutlenek węgla przy względnie niskich kosztach, zarówno inwestycyjnych jak i eksploatacyjnych. Najważniejsze jest jednak to, że poprzez tą metodę można wykorzystać przemysłowo całą ilość gazów odlotowych o składzie jak opisano wyżej.

W stosunku do stanu techniki sposób według wynalazku polegający na bezpośrednim wprowadzeniu roztworu poabsorpcyjnego do reaktora syntezy mocznika ma tę zaletę, że uzyskuje się roztwór lepiej przygotowany pod kątem użycia go bezpośrednio w reaktorze syntezy mocznika niż w sposobie według zgłoszenia GB-1148767, a także unika się zużycia pary do rozkładu karbaminianu amonu oraz minimalizuje się ilość wody wprowadzanej do reaktora (karbaminian wytworzony z gazów odlotowych z instalacji melaminy jest według naszego wynalazku rozpuszczany w moczniku a nie w wodzie), dzięki czemu poprawia się wydajność syntezy mocznika. Ponadto, zwłaszcza w odróżnieniu od sposobu z patentu US-3723430, poza absorberem nie są potrzebne żadne dodatkowe aparaty, co jest korzystne z punktu widzenia ekonomiki nakładów inwestycyjnych.

Wynalazek przedstawiono w przykładzie wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat instalacji do realizacji wynalazku.

Przykład wykonania.

Gazy odlotowe z sekcji syntezy melaminy o temperaturze 200°C i ciśnieniu 10 MPa podawane są do autoklawu w em którym początkowo znajduje się czysta woda, względnie wodny roztwór amoniaku, mocznika lub karbaminianu amonu. Gazy barbotują przez roztwór rozpuszczając się w nich, powstaje mocznik i karbaminian, który rozpuszcza się w tym moczniku, a także fizyczny roztwór amoniaku i CO₂ w wodzie oraz węglany. Nieprzereagowane inerty gazowe są przemywane wodą w skruberze umieszczonym na górze aparatu.

Początkowa obecność wody konieczna jest do zainicjowania reakcji syntezy mocznika, potem wystarczy woda powstała w trakcie tej syntezy i niewielka ilość wody z przemywania gazów odlotowych. Od momentu wykrycia mocznika w cieczy wyprowadzanej z reaktora należy zmniejszać ilość wody podawanej do skrubera. Temperaturę w reaktorze należy regulować za pomocą wymiennika ciepła umieszczonego na obiegu reaktora wymuszonego przez pompę. Temperatura powinna być utrzymywana na poziomie 150-180°C i regulować ją na poziomie na tyle wysokim, żeby konwersja do mocznika zachodziła z wystarczającą wydajnością i nie wykrystalizował karbaminian i na tyle niską, żeby zaabsorbowała się cała ilość CO₂.

Ciecz wyprowadzaną z autoklawu należy sprężać do 23 MPa i przesyłać do reaktora syntezy mocznika.

189 310

189 310

Wykaz użytych urządzeń

1. Reaktor-absorber

2. Urządzenie rozpraszające

3. Pompa

4. Wymiennik ciepła

5. Pompa

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób przetwarzania gazów odlotowych zawierających amoniak i dwutlenek węgla, zwłaszcza gazów odlotowych z procesu produkcji melaminy, w którym gazy odlotowe kieruje się do reaktora-absorbera pracującego pod ciśnieniem 5-15 MPa i w temperaturze 160-180°C, w którym zachodzą procesy chemisorpcji i absorpcji podczas barbotażu przez warstwę cieczy, a otrzymane ciekłe produkty tych procesów wyprowadza się z reaktora absorbera i kieruje do instalacji syntezy mocznika, natomiast gazowe produkty odprowadza się z procesu, znamienny tym, że reaktor-absorber zasila się kondensatem procesowym z ewentualnym dodatkiem mocznika, a ponadto ciekłe produkty odpadkowe z reaktora-absorbera spręża się do około 23 MPa i podaje do reaktora syntezy mocznika.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciśnienie procesu absorpcji i chemisorpcji utrzymywane jest na poziomie takim samym lub zbliżonym do ciśnienia gazów odlotowych opuszczających instalacje, z której gazy pochodzą.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura procesu absorpcji i chemisorpcji utrzymywana jest i regulowana poprzez wymiennik ciepła.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość podawanego kondensatu procesowego do absorpcji i chemisorpcji podawana jest w ściśle określonych wielkościach i w pierwszym etapie procesu absorpcji i chamisorpcji.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ilość tego kondensatu jest funkcją stopnia wymycia dwutlenku węgla z gazów i służy wyłącznie do zapoczątkowania absorpcji.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzący się w absorberze roztwór zawiera mocznik z rozpuszczonym w nim karbaminianem amonu oraz około 5% do 25% wody.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, żo produkty procesu - mocznik wraz z rozpuszczonym karbaminianem amonu kierowane są do instalacji technologicznej produkcji mocznika.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazowe produkty - pozostałości procesu absorpcji i c^m^so^cj odprowadzane są górą reaktora i w zależności od składu albo usuwane do atmosfery bądź zwracane do procesu.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że gazy opuszczające reaktor absorpcji jak i chemisorpcji zawracane są do procesu po ich skropleniu lub odseparowaniu.